一种大动态连续波雷达接收的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种大动态连续波接收机，主要包括限幅低噪放、镜像抑制混频、三阶带阻滤波器、中频匹配滤波、手动增益控制电路。该接收机线性动态可达到40dB，接收机在接收近距离强回波信号时，动态范围扩展到98dB，很大程度地扩展了雷达接收系统动态范围。雷达系统增加这种接收机后，可很大程度地扩展系统动态范围，即在探测近距离的目标时不至于出现饱和现象，同时对远距离的小目标进行有效的获取接收。
【专利说明】一种大动态连续波雷达接收机
【技术领域】
[0001]本发明属于电子技术应用领域，涉及连续波雷达接收机。尤其是一种大动态连续波雷达接收机。
【背景技术】
[0002]在线性调频连续波(LFMCW)雷达中，接收机输出目标回波差拍信号幅度与雷达到目标距离的四次方成反比，因此随着距离的增大，信号幅度迅速衰减，加上目标反射面的大小引起回波幅度的变化，系统就要求接收机要有很大的动态范围，也就是接收机设计时，既要扩大线性动态，也要扩大系统的总动态。在脉冲体制雷达中一般都采用灵敏度时间控制电路(STC)和自动增益控制电路(AGC)来进一步扩展接收机的动态范围。然而在连续波雷达中，接收机检测的是差拍频率，显然不能采用灵敏度时间控制电路(STC)的方法来扩展动态范围。
【发明内容】
[0003]针对现有技术的缺陷或不足，本发明目的在于提供一种大动态连续波雷达接收机。
[0004]为此，本发明提供的大动态连续波雷达接收机包括依次连接的低噪声放大器、镜像抑制混频器、带阻滤波器、中频匹配滤波器和手动增益控制电路；
[0005]所述的低噪声放大器将雷达天线接收机到的目标回波信号进行低噪声放大；
[0006]所述的镜像抑制混频器将低噪声放大后的信号下变频到中频信号；
[0007]所述带阻滤波器在中频段抑制发射泄露信号及近距离强地杂波信号，所述带阻滤波器为三阶带阻滤波器。
[0008]所述中频匹配滤波器用于滤出雷达的有用信号，其包括中频LC带通滤波器，带宽为雷达作用距离的信号带宽。
[0009]所述手动增益控制电路用于调节接收机增益，使接收机不饱和，所述手动增益控制电路包括数控衰减器和单片机。
[0010]优选的，上述大动态连续波雷达接收机的线性动态为40dB，接收机在接收近距离强回波信号时，动态范围为98dB。
[0011]优选的，所述低噪声放大器的输出IdB压缩点为15dBm，增益为20dB ;所述镜像抑制混频器输入的最大信号为1dBm;所述带阻滤波器的中心频率为中频频率；所述数控衰减器的衰减量为30dB。
[0012]与现有技术相比，本发明的接收机优点在于:
[0013]接收机设计时，镜像抑制混频器前端的低噪放在满足噪声系数和增益的情况下，设计低噪放输出IdB压缩点为15dBm，增益为20dB ;镜像抑制混频器输入的最大信号为lOdBm。即接收机最大输入信号为-1OdBm时，接收机前端不饱和。
[0014]在中频端，发射机泄露功率及近地杂波的回波信号主要为中频频率的信号，为了抑制此信号，使接收机不饱和，在混频之后插入一个三阶带阻滤波器。设计带阻滤波器中心频率为中频频率，即发射机泄露功率和近地杂波的回波信号在中频频率点抑制达40dB，使其中频段上的每一级电路不饱和。
[0015]同时，在中频段设计MGC控制电路，电路由数控衰减器及单片机组成，数控衰减器衰减量为30dB，为可实时调整接收机增益，从而达到扩展接收机动态的目的。
[0016]连续波雷达使用本发明的接收机后，很大程度地扩展了系统动态范围，即雷达在探测近距离的目标不至于出现饱和现象。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]以下结合附 图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述。
[0018]图1为本发明接收机的组成框图；
[0019]图2为实施例的接收机的电路原理框图；
[0020]图3为实施例的接收机信号电平关系示意图；
[0021]图4为实施例的接收机中频端插入带阻滤波器后信号电平关系示意图；
[0022]图5为实施例的接收机设计拓布图。
【具体实施方式】
[0023]参考图1，本发明的接收机主要包括限幅低噪放、镜像抑制混频、三阶带阻滤波器、中频匹配滤波、手动增益控制(MGC)电路、中放、供电电路及控制电路。
[0024]本发明的接收机采用外差式一次下变频模式，接收机将来自天线的回波信号通过限幅器、低噪放放大后，与系统本振进行混频，混频后再送入中频端进行放大及滤波，得到的中频信号，再送入A/D采样后进行数字I/Q鉴相，再将输出的信号给信号处理分系统进行处理。
[0025]本发明的带阻滤波器用于在中频段抑制发射泄露信号及近距离强地杂波信号，连续波雷达的最强的回波信号主要为发射泄露和近地杂波信号，在中频主要表现在中频频率附近的信号，带阻滤波器为三阶带阻滤波器，中心频率为雷达的中频频率。
[0026]本发明的手动增益控制电路是在雷达工作中，根据实际地物环境情况，当雷达阵地架设点周围遮挡比较严重，雷达接收到的回波信号比较强，可通过手动增益控制电路调节接收机增益，使接收机不至于饱和；手动增益控制电路包括数控衰减器及控制电路组成。控制电路主要通信接口及单片机组成，当雷达操作手发现有强回波的目标时，通过显控软件发送衰减指令给接收机的接口，单片机将解析指令，发送相应的控制码到数控衰减器，完成手动增益控制过程。优选的，数控衰减器可将信号的幅度衰减达30dB，即雷达在探测强回波的目标时，可将动态扩大30dB。
[0027]以下是发明人提供的具体实施例，以对本发明的技术方案作进一步解释说明。
[0028]实施例:
[0029]该实施例的接收机原理框图如图2所示，具体为一种S波段的线性调频连续波雷达接收机，其指标为:中频30MHz，最大线性输出信号幅度2V(峰峰值)，50Ω负载即+1dBm;噪声电平要求(峰峰值)≥10mV(-36dBm),接收中频带宽为2.4MHz，噪声系数为2dB。[0030]由于接收机中频带宽为2.4MHz，噪声系数为2dB，即接收机的临界灵敏度为-108dBm。接收机噪声电平要求(峰峰值)≥10mV(-36dBm)，即接收机增益为72dB。
[0031]低噪声放大器设计增益为20dB，IdB压缩点输出为1dBm ;噪声系数为1.2dB ;输入端、输出端装有隔离器，保证接收机输入、输出端的驻波为1.2 ;输入端接口为SMA-K，输出端为焊针，可直接搭接印制板。
[0032]镜像抑制混频器采用Hittite公司的镜像抑制混频器，镜像抑制比为25dB，最大输入信号为1dBm,差损为8dB。
[0033]带阻滤波器中心频率为30MHz，IdB带宽为为1.4MHz，采用三阶LC形式组成，电感采用镀银空心线圈绕制，电容采用高精度的ATC电容，30MHz处抑制40dB以上。输入、输出端均为焊针，搭接在印制板上。
[0034]中频放大采用Hittite公司的放大器，增益为20dB，IdB压缩点输出为22dBm。
[0035]中频滤波器中频带宽为2.4MHz ±0.2MHz (-0.5dB带宽)，4.5MHz抑制40dB。
[0036]按照图3所示电路增益分配，接收机在-1OSdBm~_68dBm的输入功率下均能有40dB的线性增益，且每一级电路均不饱和，即此时接收机的线性动态为40dB。
[0037]连续波雷达最强的回波信号主要为近地杂波的回波和发射机泄露信号，即主要为30MHz的信号。为进一步扩展接收机动态范围，接收机在混频器输出，插入带阻滤波器进行动态扩展，即当接收机输入信号为-1OdBm,即低噪放输出1dBm,混频输出2dBm，信号进过带阻滤波器后衰减达40dB。远距离的回波信号由于频率偏离30MHz，所以接收机按原有的增益对信号进行放大输出，即不会影响雷达对远距离信号的接收。设计30MHz的泄露抑制大于40dB以上，可将接收机动态范围扩展到40dB以上。
[0038]如图4所示，接收机最大输入信号功率电平可提高到-1OdBm,且每一级电路均不饱和。
[0039]手动增益控制(MGC)电路采用高精度的数控衰减器来实现，步进0.5dB,总衰减量为31dB，系统工作时，假如阵地周围环境回波比较强，雷达操作手可根据实际情况，在显控界面点击相应的衰减量，指令发给接收机控制模块，控制采用ADUC834BSZ单片机就能实现，单片机根据相应的控制指令，产生对应的控制码去控制衰减器，降低接收机增益，实现了接收机动态的扩展。电路实现简单，操作方便。可将接收机动态范围扩展至少30dB。
[0040]接收机设计时，考虑布线及输入、输出回路之间的耦合，同时在电源上做纹波衰减及隔离处理，做好放大器输入、输出阻抗的匹配，保证信号链路上各个器件均能正常工作，发挥各个器件的最大动态。已达到最大的线性动态范围。
[0041]电路采用高可靠、低功耗设计思路,总功耗6W。电路板布局考虑电磁兼容性,确保线路间不会产生电磁耦合。同时为了保证产品失效率不会增加，在设计中认真考虑了元器件的环境条件，电路设计考虑裕度设计、降额设计及电路的集成化设计；对于主要热耗器件进行热设计；采用成熟的新技术，简化电路设计及减少元器件数量和品种。
[0042]结构件采用铝材加工，信号链路部分结构上采用压条屏蔽，表面进行导电氧化处理，同时加强电源器件、放大器的的散热，结构紧凑、安装方便。
[0043]如图5所示，接收机低噪声放大器I的输入接口为接收机信号输入，模块采用镀银腔体屏蔽，设计噪声系数为1.6(^，增益20(^，输出IdB压缩点为1dBm,保证接收前端的动态范围，输出端直接焊接在接收机印制板上，输出的信号直接进入混频器。[0044]接收机印制板2采用聚四氟乙烯板材，信号走线保证50欧姆阻抗特性，输入、输出线采用压条隔离布局，防止信号输入输出端耦合引起放大器自激，保证放大均能线性工作。
[0045]带阻滤波器模块3封装三阶带阻滤波器，为了提高阻带深度，电感采用空心螺旋线圈，同时电感在装配上考虑腔体效应，此模块腔体采用镀金纯铜铣制，三阶电路之间完全封闭，尽量减小三阶之间的互感。
[0046]接收机供电模块4采用DC-DC转换模块，模块输入输出加入纹波衰减模块，输出的电压在进行线性稳压后给接收机各个模块供电。供电模块采用单独盒体屏蔽，直接安装与接收机腔体上，便于电源模块的散热。
【权利要求】
1.一种大动态连续波雷达接收机，其特征在于，该大动态连续波雷达接收机包括依次连接的低噪声放大器、镜像抑制混频器、带阻滤波器、中频匹配滤波器和手动增益控制电路； 所述的低噪声放大器将雷达天线接收机到的目标回波信号进行低噪声放大； 所述的镜像抑制混频器将低噪声放大后的信号下变频到中频信号； 所述带阻滤波器在中频段抑制发射泄露信号及近距离强地杂波信号，所述带阻滤波器为三阶带阻滤波器。 所述中频匹配滤波器用于滤出雷达的有用信号，其包括中频LC带通滤波器，带宽为雷达作用距离的信号带宽。 所述手动增益控制电路用于调节接收机增益，使接收机不饱和，所述手动增益控制电路包括数控衰减器和单片机。
2.如权利要求1所述的大动态连续波雷达接收机，其特征在于，所述大动态连续波雷达接收机的线性动态为40dB，接收机在接收近距离强回波信号时，动态范围为98dB。
3.如权利要求1或2所述的大动态连续波雷达接收机，其特征在于，所述低噪声放大器的输出IdB压缩点为15dBm，增益为20dB ;所述镜像抑制混频器输入的最大信号为1dBm ；所述带阻滤波器的中心频率为中频频率；所述数控衰减器的衰减量为30dB。
【文档编号】G01S7/34GK104035077SQ201410266978
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月16日 优先权日:2014年6月16日
【发明者】杨永锋 申请人:西安天和防务技术股份有限公司