摘 要：介紹了某雷達(dá)系統(tǒng)中發(fā)射上變頻器的設(shè)計(jì)思想及原理框圖，并著重論述了混頻器的設(shè)計(jì)及放大電路部分的幾種設(shè)計(jì)方法。 關(guān)鍵詞：混頻器；放大器；單片微波集成電路（MMIC） 1概述 　　本發(fā)射上變頻器組件是雷達(dá)系統(tǒng)中頻率合成器的重要組成部分，它的性能的好壞直接影響到整機(jī)的指標(biāo)。發(fā)射上變頻器組件的主要功能是將1個(gè)中頻線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)變換到發(fā)射信號(hào)的頻率上，并且放大到合適的功率電平。為了達(dá)到這個(gè)目的，中頻信號(hào)需經(jīng)過(guò)2次上變頻的過(guò)程：第1個(gè)上變頻器稱(chēng)為中頻上變頻器，中頻信號(hào)在這里和頻率為800 MHz的本振信號(hào)混頻得到中心頻率為940 MHz的調(diào)制信號(hào)，然后，它在第2個(gè)上變頻器（稱(chēng)為發(fā)射上變頻器）中與1個(gè)頻率為426～486 GHz的本振信號(hào)混頻，最終得到所需的發(fā)射信號(hào)。 2發(fā)射上變頻器組件的技術(shù)指標(biāo)及要求 　　（1）輸入信號(hào) 　　① 中頻上變頻器本振信號(hào)： fLO1=800 MHz，Pin=12 dBm 　　② 發(fā)射上變頻器本振信號(hào)： fLO2=4.26～4.86 GHz，Pin=12dBm 　　③ 中頻信號(hào)：f=140 MHz，Δf=20 MHz調(diào)頻脈沖，Pin=3 dBm 來(lái)源:http://www.tede.cn 　　（2）輸出信號(hào) 　　① fout=5.20～5.80 GHz 　　② Pout≥17 dBm，帶內(nèi)功率起伏≤2.5 dB（包括溫度引起的變化） 　　（3）輸出信號(hào)頻譜 　　① 相噪惡化≤3 dB（輸入信號(hào)的相位噪聲≤-110 dBc/Hz@1 kHz） 　　② 帶內(nèi)雜散電平≤-60 dBc 　　③ 帶外雜散電平≤-50 dBc 　　（4）輸出通路內(nèi)含高隔離度調(diào)制開(kāi)關(guān)，隔離度≥60 dB，加“手動(dòng)開(kāi)關(guān)”使之處于檢測(cè)或工作狀態(tài)。 　　（5）調(diào)制開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)：TTL電平，高電平時(shí)，發(fā)射通道暢通。輸入端設(shè)整形電路，對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行整形。 　　（6）提供輸出功率檢測(cè)口。 　　（7）提供故障檢測(cè)信號(hào)：TTL電平，高電平為正常，低電平為故障。 　　（8）工作溫度：-25 °C～+55 °C 3混頻電路的設(shè)計(jì)考慮 　　根據(jù)混頻器的工作原理，2個(gè)被混頻的輸入信號(hào)同時(shí)加到1個(gè)非線(xiàn)性器件上，就可得到所需要的和頻或差頻，但由于器件的非線(xiàn)性還會(huì)產(chǎn)生許多其他不需要的組合頻率。混頻器的中頻產(chǎn)物fIF=mfLO±nfRF。如果用dB表示，信號(hào)強(qiáng)度每變化1dB干擾信號(hào)將變化1dB。n×m組合干擾信號(hào)強(qiáng)度與需要的n×m=1×1信號(hào)強(qiáng)度之比變化（n-1）dB。假如信號(hào)從-20dB降到-30dB，那么對(duì)于n×m=3×5的組合干擾就會(huì)降低30 dB，而對(duì)應(yīng)的比變化為： （3-1）×［-30-（-20）］=-20dB。 　　在此，根據(jù)本方案要求，對(duì)本振信號(hào)低、中、高頻率情況下其中頻產(chǎn)物分量進(jìn)行了計(jì)算分析，參見(jiàn)表1～表3。 　　通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，落在頻帶內(nèi)（5.20～5.80 GHz）的中頻分量均為五階或六階組合分量。所以，在設(shè)計(jì)中我們采用雙平衡混頻器以及減小射頻信號(hào)電平、設(shè)置高抑制度的帶通濾波器來(lái)降低雜散，確保滿(mǎn)足頻譜指標(biāo)要求。 4發(fā)射上變頻器實(shí)現(xiàn)框圖及說(shuō)明 5放大電路的設(shè)計(jì)考慮 　　由于本上變頻組件對(duì)雜散電平以及輸出功率的起伏都有較高的要求，為了保證低的雜散，方案中采用了降低中頻信號(hào)電平進(jìn)行混頻的方法，這樣使組件的總增益提高（60 dB左右），輸出功率的起伏難以控制，尤其是組件在高低溫下的功率變化問(wèn)題變得更加突出，因此，放大電路的設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)考慮。根據(jù)目前的器件情況，放大電路可采取以下幾種方法。 　　第一種方法是采用多管級(jí)聯(lián)的方法。如采用Agilent公司的ATF-10136 MESFET管，估計(jì)至少要5級(jí)才能達(dá)到所需要的功率輸出。這種方法由于需在每級(jí)的輸入、輸出端都要加入匹配網(wǎng)絡(luò)，因此電路的設(shè)計(jì)必須依賴(lài)微波電路設(shè)計(jì)軟件來(lái)優(yōu)化電路，同時(shí)，電路的調(diào)試也比較復(fù)雜和困難。 　　第二種方法是前級(jí)放大采用單片微波集成電路（MMIC），單片微波集成電路的輸入、輸出阻抗都已匹配到50 Ω，這樣放大電路得以簡(jiǎn)化。末級(jí)采用中功率砷化鎵FET放大器，將功率放大到額定值。由于所使用的放大管的u值<0.12,可以進(jìn)行單向化設(shè)計(jì)，電路的輸入、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)采用共軛匹配的方法，輸入匹配網(wǎng)絡(luò)采用并聯(lián)開(kāi)路分支線(xiàn)形式，輸出匹配網(wǎng)絡(luò)采用串聯(lián)微帶線(xiàn)結(jié)構(gòu)。通過(guò)正確地設(shè)計(jì)放大器增益，使末級(jí)管子和末前級(jí)管子處于飽和狀態(tài)，從而確保組件在高低溫工作時(shí)功率起伏滿(mǎn)足要求。這個(gè)方法是解決放大器的功率隨溫度變化較簡(jiǎn)便的方法，也是較為常用的方法。 　　第三種方法是前級(jí)放大仍采用單片微波集成電路（MMIC），末級(jí)放大器采用溫度補(bǔ)償電路來(lái)補(bǔ)償各級(jí)因溫度而引起的功率波動(dòng)，最終使功率及功率起伏滿(mǎn)足要求。該方法實(shí)現(xiàn)的難度較大，成本較高。 　　綜上所述，采用第二種方法來(lái)進(jìn)行本方案設(shè)計(jì)較為合理。 6控制電路的設(shè)計(jì)考慮 　　根據(jù)FET放大器的特性，我們采用雙電源供電，并設(shè)計(jì)有負(fù)壓保護(hù)電路，使正電源受負(fù)電源控制，來(lái)保護(hù)放大器正常工作，不至于因?yàn)殡娫磫?wèn)題而損壞器件。同時(shí)為確保收、發(fā)組件之間具有高的隔離度，功放管的漏極電壓也同時(shí)受TTL電平控制。 7結(jié)論 　　根據(jù)本方案進(jìn)行發(fā)射上變頻器設(shè)計(jì)，各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿(mǎn)足要求，已經(jīng)進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用階段。 　　參考文獻(xiàn) 　　1廖承恩．微波技術(shù)基礎(chǔ)．北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1984 　　2武國(guó)機(jī)．微波電子線(xiàn)路．西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，1994