某型Ku波段接收组件的优化改进方案

王少博

陕西长岭电子科技有限责任公司 陕西 宝鸡 721006

引言

根据某型雷达的研制需求并充分考虑该型雷达在实际应用中的工作特点，现将其配套的Ku波段接收组件进行优化改进。在前期已经完成的接收组件设计方案中，组件内部本振采取一次变频实现混频锁相，中频仅10MHz，对锁相环路中DRVCO电性能要求较高，且受到环境影响后有失锁风险存在。经过分析论证，现将锁相环路单元由一次变频改为两次变频，以减少接收组件的失锁。

1 基本原理

回波信号经单刀四掷开关后进行低噪声放大，然后与第一本振信号进行混频、滤波，产生第一中频信号；经放大后与第二本振混频，产生中频信号，由中频端口输出。

第一本振信号频率为12.375GHz，由VCO产生。其与耦合信号通过混频后产生950MHz信号，再与40MHz基准信号(40MHz温补晶振)进行倍频锁相实现相参。第二本振信号频率为940MHz，同样由VCO产生。第二本振信号与40MHz基准信号进行倍频锁相，确保信号近端相位噪声的同时，与第一本振相参。锁相环路具有自检功能，当环路锁定时，输出高电平，失锁时输出低电平[1]。

2 改进方案

2.1 方案实现

2.1.1 原理框图。回波信号经四波束开关进入接收通道，经低噪声放大后下变频并输出950MHz信号。经滤波放大后二次混频，产生10MHz中频信号后滤波输出。接收组件采用二次变频将回波信号变换到10MHz中频信号。通过锁相方式实现第一本振和第二本振相参，以消除频率变换中产生的频移误差，确保将带有多普勒频移信息的信号无失真的传递到中频电路中，原理框图如图1（见文末）。

图1 接收组件改进方案原理框图

2.1.2 接收开关。接收开关根据时序将四个接收通道合为一个信道输出，同时按照控制信号实现方式衰减功能及接收控制功能。开关由J1～J6六个离散控制端口控制不同工作状态，高电平截止，低电平导通。其端口驻波≤1.3，插入损耗≤2.2dB，开关时间≤60ns,±5V供电。

2.1.3 接收支路。接收信号经单刀四掷开关进入低噪声放大器放大，经混频器变频后，再进行放大滤波，最后通过衰减网络输出。

接收机级联电路噪声系数如下示：

其中：F表示器件噪声系数，G表示增益。

2.1.4 第一本振。第一本振采取混频锁相方式实现。VCO输出12.375GHz信号功分后一路输出，另一路经隔离器放大与耦合信号进行混频，产生950MHz信号。该信号进入鉴频器与40MHz基准信号进行倍频锁相，产生鉴频电压以控制VCO输出频率，形成锁相环路。该方案VCO近端相位噪声为40MHz基准晶振相位噪声，可以实现低相位噪声。

2.1.5 第二本振。第二本振采用倍频锁相方式实现。VCO输出940MHz信号经功分后一路输出，另一路经鉴频器与40MHz基准信号进行倍频锁相，产生鉴频电压以控制VCO输出频率，形成锁相环路。

2.1.6 40MHz基准晶振。本方案选用40MHz温补晶振，相位噪声为：≤-140dBc/Hz@1kHz（静态）。40MHz晶振一方面作为本振的参考基准，另一方面经过与门整形后输出，供后级电路做时序使用。

2.2 方案特点

采用一次变频方案，振荡器中心频率为13.315GHz,带宽应小于±20MHz。由于带宽过窄，采用常见的VCO不能实现该功能，只能采用DRVCO实现。由于DRVCO的调试难度大、成品率低，且容易受到环境和老化等因素影响，有概率在使用过程中发生DRVCO不满足该指标要求的情况。

方案优化改进后，利用二次变频实现第一中频为950MHz,远大于10MHz。选用常规VCO工作在12.375GHz时实现该功能，即VCO只要不出现大于14.275GHz便不会失锁，不用担心因锁相斜率反相而出现失锁[2]。

3 环境适应性及六性设计

3.1 环境适应性设计

尽可能利用金属框架和金属机壳散热，加大热导面积以及与热源之间的接触面积，尽量减小热阻。合理安排结构布局，使壳体受力分布尽量均匀对称。元器件、零部件安装平稳，紧固牢靠，使结构具有足够的强度和刚度，能承受规定环境应力的冲击，并满足体积、重量等限制条件要求。采用密封机壳同时注意消除缝隙，以免潮气浸入。元器件应防潮处理，在低频印制板电路表面喷涂三防漆。选用耐霉性好的材料，避免使用有助于霉菌生长的材料。采用精密铸造机壳，所有接缝均采用密封措施；对关键元器件、环境敏感的元器件外加密封装置等处理进行防盐雾设计。

3.2 六性设计

采用可靠的成熟电路和工艺，简化设计；遵循降额设计准则，对元器件进行降额使用，合理正确的使用元器件；合理的选取元器件，确保可靠性指标。采用螺钉直接固定和组件端口与同轴电缆固态连接的方式将组件与雷达可靠安装，同时供电及控制电路则通过微距型插头与整机连接。组件具有锁相指示功能，当锁相环路锁定/失锁时，对应输出高/低电平；组件内部主要器件均设置测试点，可以有效进行测试并对故障进行定位分析。组件的主要元器件均为成熟器件且采用成熟工艺，生产过程中的装配、调试、测试等检验设备齐套。组件工作电压为+12V/-5V且输出功率低，不会对人身造成伤害。组件内部合理可行的电路布局及结构设计可以保证组件满足整机的电磁兼容性使用要求[3]。

4 技术风险分析

本方案主要采用二次变频并选用压控振荡器，通过鉴频锁相，实现本振与发射的相参性，合理设计锁相环路，避免失锁风险。同时兼顾相位噪声技术要求。锁相环技术采用成熟技术，并借鉴类似成熟产品的经验，技术风险可控。

5 结束语

根据接收组件的技术参数及环境要求，进行合理的方案设计论证，在满足主要技术指标的同时充分考虑其环境适应性及六性要求。在原有方案基础上，采用二次变频，拓宽了锁相带宽，提高了产品功能实现可能性。同时锁相带宽的增加，降低了本振失锁的风险，提高了产品可靠性。方案合理可行，技术风险低。