一種基于運(yùn)算放大器的雷達(dá)多通道視頻接收的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于運(yùn)算放大器的雷達(dá)多通道視頻接收機(jī)，其特征在于：輸入端為隔直電路，隔直電路連接數(shù)控衰減器，其輸出端連接第一級負(fù)反饋放大電路，第一級負(fù)反饋放大電路的輸出端連接濾波電路，濾波電路的輸出端通過50歐姆電阻依次連接第二級負(fù)反饋放大電路和第三級負(fù)反饋放大電路；本發(fā)明旨在解決自混頻體制接收機(jī)存在的固有問題，同時(shí)兼顧視頻接收機(jī)的小型化，高集成度，低成本，低噪聲，超寬帶等要求。基于運(yùn)算放大器構(gòu)成的負(fù)反饋放大電路在滿足低噪聲的前提下，可以方便的調(diào)節(jié)放大電路的增益。因此，在調(diào)試視頻接收機(jī)時(shí)，可以重新調(diào)整增益的分配直到設(shè)計(jì)的視頻接收機(jī)達(dá)到系統(tǒng)要求。
【專利說明】一種基于運(yùn)算放大器的雷達(dá)多通道視頻接收機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于運(yùn)算放大器的雷達(dá)多通道視頻接收機(jī)，具體為通過合理的設(shè)計(jì)視頻接收機(jī)中的負(fù)反饋放大電路，濾波電路，數(shù)控衰減電路，隔直電路以及它們之間的匹配電路進(jìn)而滿足系統(tǒng)的增益，噪聲電平，動(dòng)態(tài)范圍，幅度相位一致性等指標(biāo)要求。
【背景技術(shù)】
[0002]接收機(jī)位于無線通信系統(tǒng)的最前端，其結(jié)構(gòu)和性能直接影響著整個(gè)通信系統(tǒng)。由于自混頻體制接收機(jī)具有體積小、成本低和易于單片集成的特點(diǎn)，已成為接收機(jī)中極具競爭力的一種結(jié)構(gòu)。它將本振頻率取為天線接收到的信號頻率，直接將接收信號下變頻到視頻信號，進(jìn)行視頻信號處理。這樣，就不存在鏡像抑制的問題，而且也不需要片外的中頻濾波器，這樣就節(jié)省了空間，降低了功耗，便于集成。由于在自混頻體制接收機(jī)混頻之前的接收通道的信號頻率非常高，有的甚至處于毫米波頻段，而且高頻段電路的設(shè)計(jì)和改善周期較長，成本較高。因此，對自混頻后的視頻信號電路進(jìn)行優(yōu)化會(huì)大大降低成本。目前，典型視頻接收機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，利用隔直電容構(gòu)建的隔直電路并沒有完全抑制自混頻后視頻信號中的直流偏差，而且隔直電容會(huì)對KHz量級的視頻信號有一定的衰減；其次，單片放大器在KHz量級增益一般會(huì)明顯下降，這就限制了目前視頻接收機(jī)的低頻范圍；最后，目前視頻接收機(jī)中的帶通濾波器在滿足超寬帶的情況下，下邊帶不能夠達(dá)到KHz量級。相反，如果濾波器的下邊帶足夠低，本身的帶寬就會(huì)比較窄。因此，綜上所述，目前的視頻接收機(jī)不能完全的抑制直流，并且在超寬帶的基礎(chǔ)上不能應(yīng)用到很低的頻率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]要解決的技術(shù)問題
[0004]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種基于運(yùn)算放大器的雷達(dá)多通道視頻接收機(jī)，通過在視頻接收機(jī)的輸入端添加傳輸線變壓器對直流信號進(jìn)行物理隔離；通過增加數(shù)控衰減器，改善整個(gè)視頻接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍；通過基于低噪聲運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)的負(fù)反饋放大電路和LC濾波電路進(jìn)行帶內(nèi)信號的放大，噪聲的抑制以及帶外雜散的衰減。
[0005]技術(shù)方案
[0006]一種基于運(yùn)算放大器的雷達(dá)多通道視頻接收機(jī)，其特征在于包括多個(gè)接收通道，每個(gè)接收通道包括隔直電路、數(shù)控衰減電路、多級負(fù)反饋放大電路、濾波電路:輸入端為隔直電路，隔直電路連接數(shù)控衰減器，其輸出端連接第一級負(fù)反饋放大電路，第一級負(fù)反饋放大電路的輸出端連接濾波電路，濾波電路的輸出端通過50歐姆電阻依次連接第二級負(fù)反饋放大電路和第三級負(fù)反饋放大電路；每個(gè)接收通道的輸入端為自混頻后的回波信號，回波信號經(jīng)過隔直處理，然后通過數(shù)控衰減器對信號進(jìn)行衰減以保證接收機(jī)的動(dòng)態(tài)，再通過三級負(fù)反饋放大電路調(diào)節(jié)每一級放大電路的增益，連接在第一級與第二級之間的濾波電路用來抑制帶外的雜散信號和抑制帶外被放大的噪聲；所述隔直電路采用MiNi公司的ADTl-1+傳輸線變壓器；所述濾波電路采用TD3H0R1-5M三通道濾波器。[0007]所述數(shù)控衰減器采用MA-COM公司的MAAD-007086-00數(shù)控衰減器，實(shí)現(xiàn)信號全帶寬內(nèi)總衰減大于56dB，衰減精度0.5dB。
[0008]所述負(fù)反饋放大電路是在運(yùn)算放大器的反相輸入端和同相輸入端分別串聯(lián)一個(gè)電阻，而將運(yùn)算放大器的輸出端通過一個(gè)負(fù)反饋電阻與反相輸入端連接。
[0009]所述運(yùn)算放大器采用Maxim公司的Max4106運(yùn)算放大器，實(shí)現(xiàn)視頻頻段的低噪聲、高增益視頻放大且增益可調(diào)。
[0010]有益效果
[0011]本發(fā)明提出的一種基于運(yùn)算放大器的雷達(dá)多通道視頻接收機(jī)，對自混頻后的視頻信號進(jìn)行放大接收，對接收機(jī)帶外的直流以及雜散信號進(jìn)行抑制，對接收視頻信號的幅度進(jìn)行數(shù)控調(diào)節(jié)。本發(fā)明由傳輸線變壓器，運(yùn)算放大器，數(shù)控衰減器，無源LC濾波器等構(gòu)成，對視頻信號進(jìn)行低噪聲放大，濾波，隔直，增益控制等。傳輸線變壓器實(shí)現(xiàn)對視頻接收機(jī)輸入端的直流信號的物理隔離，而對視頻信號產(chǎn)生較小的衰減，并且具有很小的帶內(nèi)波動(dòng)；基于低噪聲運(yùn)算放大器的負(fù)反饋放大電路實(shí)現(xiàn)對視頻接收機(jī)輸入信號的放大，同時(shí)合理的選擇放大電路參數(shù)可以避免自激現(xiàn)象的產(chǎn)生；無源LC濾波器實(shí)現(xiàn)視頻接收機(jī)通道的帶外雜散的抑制，而對接收機(jī)帶內(nèi)視頻信號產(chǎn)生較小的衰減并且具有較小的帶內(nèi)波動(dòng)；數(shù)控衰減器有效的增大了視頻接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍，對于大功率回波信號或發(fā)射泄露信號進(jìn)行大的衰減以保護(hù)后級電路，對于小功率接收信號進(jìn)行小的衰減避免信號淹沒在噪聲中。本發(fā)明充分滿足視頻接收機(jī)超寬帶，高增益，低噪聲，大動(dòng)態(tài)等多項(xiàng)要求，適用于雷達(dá)和導(dǎo)引頭平臺(tái)。
[0012]本發(fā)明旨在解決自混頻體制接收機(jī)存在的固有問題，同時(shí)兼顧視頻接收機(jī)的小型化，高集成度，低成本，低噪聲，超寬帶等要求?；谶\(yùn)算放大器構(gòu)成的負(fù)反饋放大電路在滿足低噪聲的前提下，可以方便的調(diào)節(jié)放大電路的增益。因此，在調(diào)試視頻接收機(jī)時(shí)，可以重新調(diào)整增益的分配直到設(shè)計(jì)的視頻接收機(jī)達(dá)到系統(tǒng)要求。
[0013]本發(fā)明在滿足系統(tǒng)的超寬帶，高增益，噪聲電平，動(dòng)態(tài)范圍，幅度相位一致性等指標(biāo)要求的前提下很好的解決了目前視頻接收機(jī)中的各種問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1:目前視頻接收機(jī)的硬件構(gòu)成框圖；
[0015]圖2:本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方案的硬件構(gòu)成框圖；
[0016]圖3:傳輸線變壓器隔直電路的仿真圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0018]圖2提供了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。如圖2所示，三個(gè)通道接收機(jī)的工作過程相同，以一通道的工作過程來敘述。由接收機(jī)原理框圖可以看出，自混頻后的回波信號進(jìn)入視頻接收機(jī)以后首先經(jīng)過MiNi公司的ADTl-1傳輸線變壓器進(jìn)行隔直處理，由于變壓器本身的輸入輸出端口的物理隔離使得進(jìn)入視頻接收機(jī)的直流信號無法通過傳輸線變壓器進(jìn)入后級電路，而視頻信號則可以通過電磁耦合到達(dá)后級電路。圖3給出了基于ADTl-1的隔直電路的仿真結(jié)果。經(jīng)過隔直處理的視頻信號接下來經(jīng)過MA-COM公司的AT65-0106數(shù)控衰減器的幅度裳減控制。由于近目標(biāo)的聞功率回波彳目號，混頻器的聞功率本振等都有可能通過泄露或空間輻射等路徑進(jìn)入到視頻接收機(jī)內(nèi)部，此時(shí)通過AGC控制數(shù)控衰減器對這些信號進(jìn)行足夠的衰減來保護(hù)后級電路。當(dāng)遠(yuǎn)距離雷達(dá)目標(biāo)的小功率回波信號進(jìn)入視頻接收機(jī)后，此時(shí)通過AGC控制數(shù)控衰減器對這些信號進(jìn)行小幅度的衰減以保證接收機(jī)的靈敏度。因此在AGC控制下數(shù)控衰減器增大了視頻接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍。經(jīng)過隔直和衰減的回波信號接著進(jìn)入放大濾波電路。負(fù)反饋放大電路的設(shè)計(jì)基于Maxim公司的Max41006運(yùn)算放大器，為了達(dá)到接收機(jī)系統(tǒng)的總增益要求，將接收通道增益合理的分配給各級放大電路。各級放大電路采用基于Max41006的負(fù)反饋放大電路，通過調(diào)節(jié)反饋電阻和反相輸入端的輸入電阻的比值，可以改變每一級放大電路的增益和帶寬。每一級放大電路的增益不益過高，并且要合理設(shè)置各個(gè)電路之間的匹配參數(shù)，避免自激的產(chǎn)生。濾波電路采用外協(xié)的TD3H0R1-5M三通道濾波器，整個(gè)濾波器電路被設(shè)計(jì)在放大電路之間，一方面抑制帶外的雜散信號，一方面抑制帶外被放大的噪聲。回波信號經(jīng)過隔直，數(shù)控衰減，放大、濾波，放大等輸出給信號處理器。
[0019]通過合理的設(shè)計(jì)多通道視頻接收機(jī)中的負(fù)反饋放大電路，濾波器電路，數(shù)控衰減電路，隔直電路以及它們之間的匹配電路等進(jìn)而滿足系統(tǒng)的增益，噪聲電平，動(dòng)態(tài)范圍，幅度相位一致性等指標(biāo)要求。
[0020]采用基于傳輸線變壓器的隔直電路來抑制進(jìn)入視頻接收機(jī)的直流信號從而解決了視頻接收機(jī)的直流偏差問題。MiNi公司的ADTl-1傳輸線變壓器基于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，其輸入線圈和輸出線圈之間沒有物理連接，因此輸入和輸出實(shí)現(xiàn)了物理隔離，因此直流信號無法通過它進(jìn)入后級電路，而視頻信號則可以幾乎無損耗的通過，視頻范圍延伸到了 KHz量級，其仿真結(jié)果如圖3所示。
[0021]由運(yùn)算放大器組成的負(fù)反饋放大電路相對于儀表放大器，直流單片放大器等器件具有很低的噪聲基底，可以將整個(gè)視頻接收機(jī)系統(tǒng)的噪聲電平設(shè)計(jì)的很低，而且增益的一致性在很低的頻率可以得到保證。因此在設(shè)計(jì)負(fù)反饋放大電路時(shí)，可以根據(jù)接收機(jī)噪聲指標(biāo)的要求來對應(yīng)的選擇低噪聲系列的運(yùn)算放大器，這樣由此系列構(gòu)成的負(fù)反饋放大電路將具有很低的噪聲基底。另外，每一個(gè)運(yùn)算放大器的增益帶寬積是固定的，因此可以根據(jù)接收通道的增益以及帶寬指標(biāo)的要求來選擇具有合適增益帶寬積的運(yùn)算放大器。Maxim公司的Max4106運(yùn)算放大器具有極低的噪聲，而且具有很大的帶寬。將Max4106運(yùn)算放大器的反相輸入端和同相輸入端分別串聯(lián)一個(gè)電阻，將它的輸出端通過一個(gè)負(fù)反饋電阻與反相輸入端連接就構(gòu)成了基于Max4106運(yùn)算放大器的負(fù)反饋放大電路，如圖2所示。基于這款運(yùn)算放大器的負(fù)反饋放大電路能夠同時(shí)滿足接收通道分配的增益和帶寬的要求。最后，視頻接收機(jī)的通道增益往往要求很高，因此一級負(fù)反饋放大電路很難完成整個(gè)增益和帶寬的要求，而且如果一級負(fù)反饋放大電路的增益過高的話，很可能引起接收通道的自激。所以，對于超寬帶高增益視頻接收機(jī)，要通過分配給每一級放大電路合適的增益來保證放大電路的帶寬覆蓋整個(gè)接收機(jī)的帶寬。而且，通過合理的選擇負(fù)反饋放大電路的參數(shù)和放大電路之間匹配電路的參數(shù)可以有效的避免自激現(xiàn)象的產(chǎn)生。
[0022]通過增加數(shù)控衰減器可以改善整個(gè)視頻接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍。對于大功率回波信號或發(fā)射泄露信號進(jìn)行大的衰減以保護(hù)后級電路，對于小功率接收信號進(jìn)行小的衰減避免信號淹沒在噪聲中。而且，在自混頻后的視頻頻段采用的數(shù)控衰減器成本低于混頻前的毫米波頻段的數(shù)控衰減器。MA/C0M公司的數(shù)控衰減器AT65-0106具有6位衰減控制位數(shù)，衰減步進(jìn)ldB，滿足接收通道的指標(biāo)要求，可以有效改善整個(gè)視頻接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍。
[0023]在視頻接收機(jī)通道中增加LC濾波電路可以進(jìn)行噪聲的抑制以及帶外雜散的衰減，外協(xié)的TD3H0R1-5M三通道LC濾波器可以同時(shí)對三個(gè)通道接收機(jī)的帶外雜散和噪聲進(jìn)行抑制，對帶內(nèi)視頻信號產(chǎn)生很小的衰減，下邊帶可以延伸到KHz量級，相對帶寬超過150%，如圖2所示，LC濾波器電路的輸入和輸出端分別連接了一級基于運(yùn)算放大器的負(fù)反饋放大電路。因此為了使得LC濾波器電路和放大電路達(dá)到匹配，在濾波電路和負(fù)反饋放大電路之間分別串聯(lián)了一個(gè)50歐姆電阻。
[0024]本發(fā)明方案在下變頻過程中不需經(jīng)過中頻，且鏡像頻率即是射頻信號本身，不存在鏡像頻率干擾，超外差體質(zhì)中的鏡像抑制濾波器及中頻濾波器均可省略，有利于系統(tǒng)的單片集成，降低成本。但是自混頻體質(zhì)的接收機(jī)具有直流偏差、閃爍噪聲、自激等問題。而本發(fā)明基于運(yùn)算放大器的負(fù)反饋放大電路，傳輸線變壓器隔直電路，LC濾波電路等改善了視頻接收機(jī)中的這些固有問題。
[0025]直流偏差是自混頻體質(zhì)接收機(jī)特有的一種現(xiàn)象,會(huì)對視頻接收機(jī)通道內(nèi)的視頻信號造成干擾，更嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致后幾級的飽和。本發(fā)明采用基于傳輸線變壓器的隔直電路來抑制進(jìn)入視頻接收機(jī)的直流信號。傳輸線變壓器基于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，其輸入線圈和輸出線圈之間沒有物理連接，因此輸入和輸出之間實(shí)現(xiàn)了物理隔離，因此直流信號無法通過它進(jìn)入后級電路。而視頻信號則可以通過輸入線圈與輸出線圈產(chǎn)生的電磁耦合幾乎無損耗的通過。因此，應(yīng)用于視頻接收機(jī)的傳輸線變壓器相比與傳統(tǒng)的電容耦合電路具有更好的隔直效果。
[0026]基于運(yùn)算放大器構(gòu)成的負(fù)反饋放大電路，通過在運(yùn)算放大器的反相輸入端和同相輸入端分別串聯(lián)一個(gè)電阻，而將運(yùn)算放大器的輸出端通過一個(gè)負(fù)反饋電阻與反相輸入端連接。這樣設(shè)計(jì)的放大電路可以通過改變反饋電阻和運(yùn)放反向輸入端的輸入電阻的比值方便的調(diào)節(jié)放大電路的增益。因此，根據(jù)視頻接收機(jī)指標(biāo)合理的分配每一級的放大器電路增益后，通過選擇合適的阻值比就能完成要求的增益指標(biāo)。另外，由運(yùn)算放大器組成的負(fù)反饋放大電路相對于儀表放大器，直流單片放大器等器件具有很低的噪聲基底，這使得整個(gè)接收機(jī)具有極低的噪聲電平。而且對于每一級負(fù)反饋放大電路的增益帶寬積是固定的，所以，對于超寬帶高增益視頻接收機(jī)，要通過分配給每一級放大電路合適的增益來保證放大電路的帶寬覆蓋整個(gè)接收機(jī)的帶寬。而且，通過合理的選擇放大電路參數(shù)可以避免自激現(xiàn)象的產(chǎn)生。
[0027]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例中設(shè)計(jì)了三個(gè)通道的視頻接收機(jī)，但顯而易見，也可以通過設(shè)計(jì)四個(gè)或是更多的接收通道來實(shí)現(xiàn)更多通道的視頻接收機(jī)。另外，視頻接收機(jī)中各個(gè)功能電路的設(shè)計(jì)都比較靈活，在主要器件選定的基礎(chǔ)上，改變它們外圍電路的參數(shù)可以方便的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的指標(biāo)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)參數(shù)在不偏離本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍內(nèi)進(jìn)行各種增補(bǔ)、改進(jìn)和更換，因此，本發(fā)明是廣泛的。
【權(quán)利要求】
1.一種基于運(yùn)算放大器的雷達(dá)多通道視頻接收機(jī)，其特征在于包括多個(gè)接收通道，每個(gè)接收通道包括隔直電路、數(shù)控衰減電路、多級負(fù)反饋放大電路、濾波電路:輸入端為隔直電路，隔直電路連接數(shù)控衰減器，其輸出端連接第一級負(fù)反饋放大電路，第一級負(fù)反饋放大電路的輸出端連接濾波電路，濾波電路的輸出端通過50歐姆電阻依次連接第二級負(fù)反饋放大電路和第三級負(fù)反饋放大電路；每個(gè)接收通道的輸入端為自混頻后的回波信號，回波信號經(jīng)過隔直處理，然后通過數(shù)控衰減器對信號進(jìn)行衰減以保證接收機(jī)的動(dòng)態(tài)，再通過三級負(fù)反饋放大電路調(diào)節(jié)每一級放大電路的增益，連接在第一級與第二級之間的濾波電路用來抑制帶外的雜散信號和抑制帶外被放大的噪聲；所述隔直電路采用MiNi公司的ADTl-1+傳輸線變壓器；所述濾波電路采用TD3H0R1-5M三通道濾波器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于運(yùn)算放大器的雷達(dá)多通道視頻接收機(jī)，其特征在于:所述數(shù)控衰減器采用MA-COM公司的MAAD-007086-00數(shù)控衰減器，實(shí)現(xiàn)信號全帶寬內(nèi)總衰減大于56dB，衰減精度0.5dB。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于運(yùn)算放大器的雷達(dá)多通道視頻接收機(jī)，其特征在于:所述負(fù)反饋放大電路是在運(yùn)算放大器的反相輸入端和同相輸入端分別串聯(lián)一個(gè)電阻，而將運(yùn)算放大器的輸出端通過一個(gè)負(fù)反饋電阻與反相輸入端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述基于運(yùn)算放大器的雷達(dá)多通道視頻接收機(jī)，其特征在于:所述運(yùn)算放大器采用Maxim公司的Max4106運(yùn)算放大器，實(shí)現(xiàn)視頻頻段的低噪聲、高增益視頻放大且增益可調(diào)。
【文檔編號】H03H7/09GK103501417SQ201310430119
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】梁文博, 潘麗娟, 周立學(xué), 李宏, 徐文莉 申請人:西安電子工程研究所