一种基于运算放大器的雷达多通道视频接收的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于运算放大器的雷达多通道视频接收机，其特征在于：输入端为隔直电路，隔直电路连接数控衰减器，其输出端连接第一级负反馈放大电路，第一级负反馈放大电路的输出端连接滤波电路，滤波电路的输出端通过50欧姆电阻依次连接第二级负反馈放大电路和第三级负反馈放大电路；本发明旨在解决自混频体制接收机存在的固有问题，同时兼顾视频接收机的小型化，高集成度，低成本，低噪声，超宽带等要求。基于运算放大器构成的负反馈放大电路在满足低噪声的前提下，可以方便的调节放大电路的增益。因此，在调试视频接收机时，可以重新调整增益的分配直到设计的视频接收机达到系统要求。
【专利说明】一种基于运算放大器的雷达多通道视频接收机
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于运算放大器的雷达多通道视频接收机，具体为通过合理的设计视频接收机中的负反馈放大电路，滤波电路，数控衰减电路，隔直电路以及它们之间的匹配电路进而满足系统的增益，噪声电平，动态范围，幅度相位一致性等指标要求。
【背景技术】
[0002]接收机位于无线通信系统的最前端，其结构和性能直接影响着整个通信系统。由于自混频体制接收机具有体积小、成本低和易于单片集成的特点，已成为接收机中极具竞争力的一种结构。它将本振频率取为天线接收到的信号频率，直接将接收信号下变频到视频信号，进行视频信号处理。这样，就不存在镜像抑制的问题，而且也不需要片外的中频滤波器，这样就节省了空间，降低了功耗，便于集成。由于在自混频体制接收机混频之前的接收通道的信号频率非常高，有的甚至处于毫米波频段，而且高频段电路的设计和改善周期较长，成本较高。因此，对自混频后的视频信号电路进行优化会大大降低成本。目前，典型视频接收机的结构如图1所示。其中，利用隔直电容构建的隔直电路并没有完全抑制自混频后视频信号中的直流偏差，而且隔直电容会对KHz量级的视频信号有一定的衰减；其次，单片放大器在KHz量级增益一般会明显下降，这就限制了目前视频接收机的低频范围；最后，目前视频接收机中的带通滤波器在满足超宽带的情况下，下边带不能够达到KHz量级。相反，如果滤波器的下边带足够低，本身的带宽就会比较窄。因此，综上所述，目前的视频接收机不能完全的抑制直流，并且在超宽带的基础上不能应用到很低的频率。
【发明内容】
[0003]要解决的技术问题
[0004]为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于运算放大器的雷达多通道视频接收机，通过在视频接收机的输入端添加传输线变压器对直流信号进行物理隔离；通过增加数控衰减器，改善整个视频接收机的动态范围；通过基于低噪声运算放大器设计的负反馈放大电路和LC滤波电路进行带内信号的放大，噪声的抑制以及带外杂散的衰减。
[0005]技术方案
[0006]一种基于运算放大器的雷达多通道视频接收机，其特征在于包括多个接收通道，每个接收通道包括隔直电路、数控衰减电路、多级负反馈放大电路、滤波电路:输入端为隔直电路，隔直电路连接数控衰减器，其输出端连接第一级负反馈放大电路，第一级负反馈放大电路的输出端连接滤波电路，滤波电路的输出端通过50欧姆电阻依次连接第二级负反馈放大电路和第三级负反馈放大电路；每个接收通道的输入端为自混频后的回波信号，回波信号经过隔直处理，然后通过数控衰减器对信号进行衰减以保证接收机的动态，再通过三级负反馈放大电路调节每一级放大电路的增益，连接在第一级与第二级之间的滤波电路用来抑制带外的杂散信号和抑制带外被放大的噪声；所述隔直电路采用MiNi公司的ADTl-1+传输线变压器；所述滤波电路采用TD3H0R1-5M三通道滤波器。[0007]所述数控衰减器采用MA-COM公司的MAAD-007086-00数控衰减器，实现信号全带宽内总衰减大于56dB，衰减精度0.5dB。
[0008]所述负反馈放大电路是在运算放大器的反相输入端和同相输入端分别串联一个电阻，而将运算放大器的输出端通过一个负反馈电阻与反相输入端连接。
[0009]所述运算放大器采用Maxim公司的Max4106运算放大器，实现视频频段的低噪声、高增益视频放大且增益可调。
[0010]有益效果
[0011]本发明提出的一种基于运算放大器的雷达多通道视频接收机，对自混频后的视频信号进行放大接收，对接收机带外的直流以及杂散信号进行抑制，对接收视频信号的幅度进行数控调节。本发明由传输线变压器，运算放大器，数控衰减器，无源LC滤波器等构成，对视频信号进行低噪声放大，滤波，隔直，增益控制等。传输线变压器实现对视频接收机输入端的直流信号的物理隔离，而对视频信号产生较小的衰减，并且具有很小的带内波动；基于低噪声运算放大器的负反馈放大电路实现对视频接收机输入信号的放大，同时合理的选择放大电路参数可以避免自激现象的产生；无源LC滤波器实现视频接收机通道的带外杂散的抑制，而对接收机带内视频信号产生较小的衰减并且具有较小的带内波动；数控衰减器有效的增大了视频接收机的动态范围，对于大功率回波信号或发射泄露信号进行大的衰减以保护后级电路，对于小功率接收信号进行小的衰减避免信号淹没在噪声中。本发明充分满足视频接收机超宽带，高增益，低噪声，大动态等多项要求，适用于雷达和导引头平台。
[0012]本发明旨在解决自混频体制接收机存在的固有问题，同时兼顾视频接收机的小型化，高集成度，低成本，低噪声，超宽带等要求。基于运算放大器构成的负反馈放大电路在满足低噪声的前提下，可以方便的调节放大电路的增益。因此，在调试视频接收机时，可以重新调整增益的分配直到设计的视频接收机达到系统要求。
[0013]本发明在满足系统的超宽带，高增益，噪声电平，动态范围，幅度相位一致性等指标要求的前提下很好的解决了目前视频接收机中的各种问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1:目前视频接收机的硬件构成框图；
[0015]图2:本发明实现方案的硬件构成框图；
[0016]图3:传输线变压器隔直电路的仿真图。
【具体实施方式】
[0017]现结合实施例、附图对本发明作进一步描述:
[0018]图2提供了本发明的优选实施例。如图2所示，三个通道接收机的工作过程相同，以一通道的工作过程来叙述。由接收机原理框图可以看出，自混频后的回波信号进入视频接收机以后首先经过MiNi公司的ADTl-1传输线变压器进行隔直处理，由于变压器本身的输入输出端口的物理隔离使得进入视频接收机的直流信号无法通过传输线变压器进入后级电路，而视频信号则可以通过电磁耦合到达后级电路。图3给出了基于ADTl-1的隔直电路的仿真结果。经过隔直处理的视频信号接下来经过MA-COM公司的AT65-0106数控衰减器的幅度裳减控制。由于近目标的闻功率回波彳目号，混频器的闻功率本振等都有可能通过泄露或空间辐射等路径进入到视频接收机内部，此时通过AGC控制数控衰减器对这些信号进行足够的衰减来保护后级电路。当远距离雷达目标的小功率回波信号进入视频接收机后，此时通过AGC控制数控衰减器对这些信号进行小幅度的衰减以保证接收机的灵敏度。因此在AGC控制下数控衰减器增大了视频接收机的动态范围。经过隔直和衰减的回波信号接着进入放大滤波电路。负反馈放大电路的设计基于Maxim公司的Max41006运算放大器，为了达到接收机系统的总增益要求，将接收通道增益合理的分配给各级放大电路。各级放大电路采用基于Max41006的负反馈放大电路，通过调节反馈电阻和反相输入端的输入电阻的比值，可以改变每一级放大电路的增益和带宽。每一级放大电路的增益不益过高，并且要合理设置各个电路之间的匹配参数，避免自激的产生。滤波电路采用外协的TD3H0R1-5M三通道滤波器，整个滤波器电路被设计在放大电路之间，一方面抑制带外的杂散信号，一方面抑制带外被放大的噪声。回波信号经过隔直，数控衰减，放大、滤波，放大等输出给信号处理器。
[0019]通过合理的设计多通道视频接收机中的负反馈放大电路，滤波器电路，数控衰减电路，隔直电路以及它们之间的匹配电路等进而满足系统的增益，噪声电平，动态范围，幅度相位一致性等指标要求。
[0020]采用基于传输线变压器的隔直电路来抑制进入视频接收机的直流信号从而解决了视频接收机的直流偏差问题。MiNi公司的ADTl-1传输线变压器基于其独特的结构，其输入线圈和输出线圈之间没有物理连接，因此输入和输出实现了物理隔离，因此直流信号无法通过它进入后级电路，而视频信号则可以几乎无损耗的通过，视频范围延伸到了 KHz量级，其仿真结果如图3所示。
[0021]由运算放大器组成的负反馈放大电路相对于仪表放大器，直流单片放大器等器件具有很低的噪声基底，可以将整个视频接收机系统的噪声电平设计的很低，而且增益的一致性在很低的频率可以得到保证。因此在设计负反馈放大电路时，可以根据接收机噪声指标的要求来对应的选择低噪声系列的运算放大器，这样由此系列构成的负反馈放大电路将具有很低的噪声基底。另外，每一个运算放大器的增益带宽积是固定的，因此可以根据接收通道的增益以及带宽指标的要求来选择具有合适增益带宽积的运算放大器。Maxim公司的Max4106运算放大器具有极低的噪声，而且具有很大的带宽。将Max4106运算放大器的反相输入端和同相输入端分别串联一个电阻，将它的输出端通过一个负反馈电阻与反相输入端连接就构成了基于Max4106运算放大器的负反馈放大电路，如图2所示。基于这款运算放大器的负反馈放大电路能够同时满足接收通道分配的增益和带宽的要求。最后，视频接收机的通道增益往往要求很高，因此一级负反馈放大电路很难完成整个增益和带宽的要求，而且如果一级负反馈放大电路的增益过高的话，很可能引起接收通道的自激。所以，对于超宽带高增益视频接收机，要通过分配给每一级放大电路合适的增益来保证放大电路的带宽覆盖整个接收机的带宽。而且，通过合理的选择负反馈放大电路的参数和放大电路之间匹配电路的参数可以有效的避免自激现象的产生。
[0022]通过增加数控衰减器可以改善整个视频接收机的动态范围。对于大功率回波信号或发射泄露信号进行大的衰减以保护后级电路，对于小功率接收信号进行小的衰减避免信号淹没在噪声中。而且，在自混频后的视频频段采用的数控衰减器成本低于混频前的毫米波频段的数控衰减器。MA/C0M公司的数控衰减器AT65-0106具有6位衰减控制位数，衰减步进ldB，满足接收通道的指标要求，可以有效改善整个视频接收机的动态范围。
[0023]在视频接收机通道中增加LC滤波电路可以进行噪声的抑制以及带外杂散的衰减，外协的TD3H0R1-5M三通道LC滤波器可以同时对三个通道接收机的带外杂散和噪声进行抑制，对带内视频信号产生很小的衰减，下边带可以延伸到KHz量级，相对带宽超过150%，如图2所示，LC滤波器电路的输入和输出端分别连接了一级基于运算放大器的负反馈放大电路。因此为了使得LC滤波器电路和放大电路达到匹配，在滤波电路和负反馈放大电路之间分别串联了一个50欧姆电阻。
[0024]本发明方案在下变频过程中不需经过中频，且镜像频率即是射频信号本身，不存在镜像频率干扰，超外差体质中的镜像抑制滤波器及中频滤波器均可省略，有利于系统的单片集成，降低成本。但是自混频体质的接收机具有直流偏差、闪烁噪声、自激等问题。而本发明基于运算放大器的负反馈放大电路，传输线变压器隔直电路，LC滤波电路等改善了视频接收机中的这些固有问题。
[0025]直流偏差是自混频体质接收机特有的一种现象,会对视频接收机通道内的视频信号造成干扰，更严重的会导致后几级的饱和。本发明采用基于传输线变压器的隔直电路来抑制进入视频接收机的直流信号。传输线变压器基于其独特的结构，其输入线圈和输出线圈之间没有物理连接，因此输入和输出之间实现了物理隔离，因此直流信号无法通过它进入后级电路。而视频信号则可以通过输入线圈与输出线圈产生的电磁耦合几乎无损耗的通过。因此，应用于视频接收机的传输线变压器相比与传统的电容耦合电路具有更好的隔直效果。
[0026]基于运算放大器构成的负反馈放大电路，通过在运算放大器的反相输入端和同相输入端分别串联一个电阻，而将运算放大器的输出端通过一个负反馈电阻与反相输入端连接。这样设计的放大电路可以通过改变反馈电阻和运放反向输入端的输入电阻的比值方便的调节放大电路的增益。因此，根据视频接收机指标合理的分配每一级的放大器电路增益后，通过选择合适的阻值比就能完成要求的增益指标。另外，由运算放大器组成的负反馈放大电路相对于仪表放大器，直流单片放大器等器件具有很低的噪声基底，这使得整个接收机具有极低的噪声电平。而且对于每一级负反馈放大电路的增益带宽积是固定的，所以，对于超宽带高增益视频接收机，要通过分配给每一级放大电路合适的增益来保证放大电路的带宽覆盖整个接收机的带宽。而且，通过合理的选择放大电路参数可以避免自激现象的产生。
[0027]本发明的优选实例中设计了三个通道的视频接收机，但显而易见，也可以通过设计四个或是更多的接收通道来实现更多通道的视频接收机。另外，视频接收机中各个功能电路的设计都比较灵活，在主要器件选定的基础上，改变它们外围电路的参数可以方便的调节系统的指标。本领域技术人员可以根据不同的设计要求和设计参数在不偏离本发明权利要求所界定的范围内进行各种增补、改进和更换，因此，本发明是广泛的。
【权利要求】
1.一种基于运算放大器的雷达多通道视频接收机，其特征在于包括多个接收通道，每个接收通道包括隔直电路、数控衰减电路、多级负反馈放大电路、滤波电路:输入端为隔直电路，隔直电路连接数控衰减器，其输出端连接第一级负反馈放大电路，第一级负反馈放大电路的输出端连接滤波电路，滤波电路的输出端通过50欧姆电阻依次连接第二级负反馈放大电路和第三级负反馈放大电路；每个接收通道的输入端为自混频后的回波信号，回波信号经过隔直处理，然后通过数控衰减器对信号进行衰减以保证接收机的动态，再通过三级负反馈放大电路调节每一级放大电路的增益，连接在第一级与第二级之间的滤波电路用来抑制带外的杂散信号和抑制带外被放大的噪声；所述隔直电路采用MiNi公司的ADTl-1+传输线变压器；所述滤波电路采用TD3H0R1-5M三通道滤波器。
2.根据权利要求1所述基于运算放大器的雷达多通道视频接收机，其特征在于:所述数控衰减器采用MA-COM公司的MAAD-007086-00数控衰减器，实现信号全带宽内总衰减大于56dB，衰减精度0.5dB。
3.根据权利要求1所述基于运算放大器的雷达多通道视频接收机，其特征在于:所述负反馈放大电路是在运算放大器的反相输入端和同相输入端分别串联一个电阻，而将运算放大器的输出端通过一个负反馈电阻与反相输入端连接。
4.根据权利要求1或3所述基于运算放大器的雷达多通道视频接收机，其特征在于:所述运算放大器采用Maxim公司的Max4106运算放大器，实现视频频段的低噪声、高增益视频放大且增益可调。
【文档编号】H03H7/09GK103501417SQ201310430119
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】梁文博, 潘丽娟, 周立学, 李宏, 徐文莉 申请人:西安电子工程研究所