CN110927677B - 一种宽带低功耗四合一接收机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种宽带低功耗四合一接收机，属相控阵雷达配套设备技术领域。它由前放组件、变频组件等构成，前放组件输入端接入有回波信号，前放组件的接收信号过载检测输出端与控制组件的或门连接，其射频信号输出端与选频组件的输入端连接，选频组件输出端与变频组件连接，变频组件的滤波信号端与模数转换器连接，其检波信号端与故障报警组件连接；前放组件的宽带低噪放和宽带放大器经直流稳压模块提供+5V工作电压，变频组件经放大器外围电路为一级本振放大和中频前三级宽带放大器提供+4V电压，末级中频宽带放大器经直流稳压模块提供+5V电压；降低热耗和功耗，适合多型号雷达使用，结构简单工作稳定，操作方便，保证雷达整机可靠运转。

Description

一种宽带低功耗四合一接收机
技术领域
本发明涉及一种宽带低功耗四合一接收机，属相控阵雷达配套设备技术领域。
背景技术
当今相控阵雷达的发展趋势，是在保证工作性能的前提下尽量做到集成、小型和轻量化。为节省设计空间，一个接收机通常要对四个接收通道并行集中处理，这样，务必要增加放大器的级数，接收机的功耗就会增大。现有的模拟相控阵雷达普遍将所有接收通道放在一个控制箱或一个分机中集中处理，使得控制箱或分机的热耗大大增加，其插件长期在高温环境下工作极易出现故障，严重降低雷达整机运转的可靠性。因此，为了与当今相控阵雷达发展趋势同步，保证雷达运转的可靠性，并适应多型号雷达使用需求，研制一种宽带低功耗四合一接收机是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种可有效降低功耗，适合多型号雷达使用，热耗小，结构科学合理，工作稳定可靠，保证雷达整机长效可靠运转，制作方便的宽带低功耗四合一接收机。
本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的：
一种宽带低功耗四合一接收机，它由前放组件、选频组件、变频组件、控制组件、故障报警组件和放大器外围电路构成，前放组件包括宽带低噪放、数控衰减器、宽带放大器、LC低通滤波器和对数检波器；选频组件包括电子开关、声表面滤波器组；变频组件包括匹配衰减器、混频器、宽带放大器、声表面滤波器、数控衰减器、LC低通滤波器、检波器；控制组件包括或门、与非门、驱动芯片、直流稳压模块；故障报警组件包括比较放大器、与非门、D触发器、发光二极管；
其特征在于：前放组件的输入端接入有回波信号，前放组件的接收信号过载检测输出端与控制组件的或门连接，前放组件的射频信号输出端与选频组件的输入端连接，选频组件的输出端与变频组件的输入端连接，变频组件的中频输出端分为两路，一路为滤波信号端，另一路为检波信号端，所述滤波信号端与数模转换器连接，所述检波信号端与故障报警组件连接；所述前放组件的宽带低噪放和宽带放大器通过直流稳压模块提供+5V工作电压，所述变频组件一路接收通道的宽带放大器有五个，构成一级本振放大和四级中频放大，一级本振放大和中频前三级宽带放大器通过放大器外围电路提供+4V工作电压，中频末级宽带放大器通过直流稳压模块提供+5V工作电压。
所述的前放组件通过宽带低噪放对接收的回波信号进行低噪声放大后功分成两路：一路送对数检波器作对数检波，输出接收过载检测信号至控制组件的或门；另一路作为主路信号送数控衰减器作射频增益控制信号，同时该主路信号经第二级宽带放大器二次放大、通过LC低通滤波器抑制谐波后输出至选频组件。
所述的选频组件通过声表面滤波器对每个工作频点进行带通滤波和选频，抑制带外干扰信号、输出回波射频信号至混放/中放组件的匹配衰减器。
所述的变频组件将所述回波射频信号与功分后的本振信号通过混频器上边带混频为固定中频信号，该固定中频信号经两级声表面滤波器和四级宽带放大器放大及LC滤波器滤波后，一路送检波二极管进行检波，另一路经一级LC低通滤波器滤波后送模数转换器进行模/数和光/电转换。
所述的控制组件将自外部输入的频控码、RFSTC和IFSTC差分信号经差分驱动芯片转换成TTL信号，分别输出至前放组件和变频组件；将开关直流电源+5.5V经直流稳压模块1、直流稳压模块2稳压为+5.0V，所述直流稳压模块1为变频组件的末级宽带放大器提供+5.0V工作电压，通过所述放大器外围电路为变频组件的一级本振放大器和中频前三级宽带放大器提供+4.0V工作电压；所述直流稳压模块2为控制组件自身提供工作电压；控制组件将前放组件送入的四路接收过载检测信号经或门逻辑比较后送出一路合过载信号对外输出，同时，将故障报警组件的四路故障信号经与非门逻辑比较后送出一路合故障检测信号对外输出。
所述的故障报警组件将变频组件经检波二极管检波后的四路直流信号经第一级比较放大器放大，再经第二级比较放大器与参考直流电平比较放大后，通过与非门、D触发器与测试方波完成相应逻辑比较得到最终的四路故障信号，输出至控制组件的与非门。
所述的控制组件的差分驱动芯片的型号为MAX3095ESE，所述或门的型号为DM74LS32M，所述与非门的型号为54LS00。
所述的故障报警组件的两级比较放大器的型号为LM2902KD，所述与非门的型号为54LS00，所述触发器的型号为54LS123。
本发明与现有技术相比的有益效果在于：
该宽带低功耗四合一接收机，通过控制组件的直流稳压模块结合放大器外围电路，将变频组件一级本振放大器和中频前三级宽带放大器的工作电压由+5.0V降低到+4.0V，同时将前放组件的宽带低噪放和宽带放大器的工作电压由+5.0V降低到+4.0V，从而降低了变频组件的额定功耗，使整机的工作电流由2.8A降至1.9A，大大降低热耗，保证整机在好的线性动态范围内低功耗高效运转，工作稳定可靠，结构简单；通过更换选频组件及变频组件中的声表面滤波器，即可广泛适用于P波段内多型号雷达。应用范围广，操作方便。解决了现有技术在有限空间设置多级宽带放大器，导致接收机热量和功耗大大增加，其插件长期在高温环境下工作故障率高，严重降低雷达整机运转可靠性的问题。
附图说明
图1为一种宽带低功耗四合一接收机的整体结构示意图；
图2为前放组件的结构示意图；
图3为变频组件的结构示意图；
图4为控制组件的结构示意图；
图5为故障报警组件的结构示意图；
图6为放大器外围电路的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对该宽带低功耗四合一接收机的实施方式作进一步详细说明（参见图1-6）：
一种宽带低功耗四合一接收机，它由前放组件、选频组件、变频组件、控制组件、故障报警组件和放大器外围电路构成，前放组件包括宽带低噪放、数控衰减器、宽带放大器、LC低通滤波器和对数检波器；选频组件包括电子开关、声表面滤波器组；变频组件包括匹配衰减器、混频器、宽带放大器、声表面滤波器、数控衰减器、LC低通滤波器、检波器；控制组件包括或门、与非门、驱动芯片、直流稳压模块；故障报警组件包括比较放大器、与非门、D触发器、发光二极管；
其特征在于：前放组件的输入端接入有回波信号，前放组件的接收信号过载检测输出端与控制组件的或门连接，前放组件的射频信号输出端与选频组件的输入端连接，选频组件的输出端与变频组件的输入端连接，变频组件的中频输出端分为两路，一路为滤波信号端，另一路为检波信号端，所述滤波信号端与数模转换器连接，所述检波信号端与故障报警组件连接；所述前放组件的宽带低噪放和宽带放大器通过直流稳压模块提供+5V工作电压，所述变频组件一路接收通道的宽带放大器有五个，构成一级本振放大和四级中频放大，一级本振放大器和中频前三级宽带放大器通过放大器外围电路提供+4V工作电压，中频末级宽带放大器通过直流稳压模块提供+5V工作电压。
所述的前放组件通过宽带低噪放对接收的回波信号进行低噪声放大后功分成两路：一路送对数检波器作对数检波，输出接收过载检测信号至控制组件的或门；另一路作为主路信号送数控衰减器作射频增益控制信号，同时该主路信号经第二级宽带放大器二次放大、通过LC低通滤波器抑制谐波后输出至选频组件。
所述的选频组件通过声表面滤波器对每个工作频点进行带通滤波和选频，抑制带外干扰信号、输出回波射频信号至选频组件的匹配衰减器。
所述的变频组件将所述回波射频信号与功分后的本振信号通过混频器上边带混频为固定中频信号，该固定中频信号经两级声表面滤波器和四级宽带放大器放大及LC滤波器滤波后，一路送检波二极管进行检波，另一路经一级LC低通滤波器滤波后送模数转换器进行模/数和光/电转换。
所述的控制组件将自外部输入的频控码、RFSTC和IFSTC差分信号经差分驱动芯片转换成TTL信号，分别输出至前放组件和变频组件；将开关直流电源+5.5V经直流稳压模块1、直流稳压模块2稳压为+5.0V，所述直流稳压模块1为变频组件的末级宽带放大器提供+5.0V工作电压，通过所述放大器外围电路为变频组件的一级本振放大器和前三级宽带放大器提供+4.0V工作电压；所述直流稳压模块2为控制组件自身提供工作电压；控制组件将前放组件送入的四路接收过载检测信号经或门逻辑比较后送出一路合过载信号对外输出，同时，将故障报警组件的四路故障信号经与非门逻辑比较后送出一路合故障检测信号对外输出。
所述的故障报警组件将变频组件经检波二极管检波后的四路直流信号经第一级比较放大器放大，再经第二级比较放大器与参考直流电平比较放大后，通过与非门、D触发器与测试方波完成相应逻辑比较得到最终的四路故障信号，输出至控制组件的与非门。
所述的控制组件的差分驱动芯片的型号为MAX3095ESE，所述或门的型号为DM74LS32M，所述与非门的型号为54LS00。
所述的故障报警组件的两级比较放大器的型号为LM2902KD，所述与非门的型号为54LS00，所述触发器的型号为54LS123（参见图1-6）。
本发明申请人的设计思路是：随着雷达技术的不断发展进步，相控阵雷达收发组件的数量不断增多，使得接收通道的数量也在不断增多。为了保证雷达接收系统的增益和带外抑制性能，选频滤波及对混频后的固定中频信号进行滤波成为雷达设计制造过程不可或缺的一部分。为了保证高矩形系数滤波性能，考虑到滤波器的插入损耗会损失整个接收通道的增益，为了弥补滤波器的损耗，就必须通过增加放大器的级数进行补偿。为了节省使用空间，对接收机进行小型化设计，通常都是将四个接收通道集中于一个接收机中进行处理，这样的有限空间增加放大器的级数，使得接收机的功耗大大增加。目前的模拟相控阵雷达普遍将所有接收通道放在一个控制箱或分机内集中处理，整个控制箱或分机的热耗激增，控制箱或分机内的插件长期工作在高温环境下极易发生故障，严重降低雷达整机运转的可靠性。本发明申请人为了保证雷达工作的可靠性，同时为了适应多型号雷达的使用需求，设计制作出该宽带低功耗的四合一接收机。
该宽带低功耗的四合一接收机的前放组件（参见图2），是影响接收机噪声系数及动态范围最关键的部分，在不更换器件的前提下，为了保证本发明接收机的噪声系数及动态范围指标不变，前放组件的宽带低噪放和宽带放大器的性能不能下降，故不对其进行降压处理，使所述放大器的增益G、P1dBm及噪声系数NF指标均在相应合适范围，有效保证本发明接收机的正常高效运转。前放组件选用的宽带低噪放和宽带放大器、数控衰减器及相关外围电路器件均可工作在P波段内，因此，前放组件可通用于P波段内。
所述宽带低噪放选用PGA-103+，其在P波段的噪声系数仅为0.6dB，P1dBm不低于20dBm，增益不小于18dB。选用的数控衰减器的插入损耗小于1.8dB，步进1dB，总衰减量31dB，这样，在有大信号输入时，接收机的动态范围可扩展31dB。第二级宽大放大器选用TQP3M9008，工作频率为50MHz-4GHz，其在整个P波段的增益波动小于1.5dB，噪声系数也小于1.2dB，增益为22dB，完美地兼容了噪声系数及增益平坦度。综上所述，前放组件的设计可满足整个P波段的性能指标。
选频组件是抑制有效频点带外干扰不可或缺的一部分；选频组件的电子开关及声表面滤波器组封装在一个壳体内，根据不同型号雷达的频点需求，只需更换内部声表面滤波器组，保持原壳体结构形式不变，即可继续应用于本发明接收机内。
变频组件（参见图3），主要完成混频、中频信号放大和滤波功能。为了保证高矩形系数，中频声表面滤波器的损耗一般都在15dB左右，故需要两级宽带放大器来补偿，变频组件的一路接收通道就需要四级宽带放大器。同时，为了保证本振信号之间的隔离度及混频器的最佳性能，本振信号需要经过功分后再放大、滤波至10dBm左右，这样，一路接收通道就需要使用五只宽带放大器，四路共二十只。变频组件的五只宽带放大器的型号均为HMC580ST89E，一只宽带放大器的额定电流一般为100mA，这样整个变频组件的额定电流为2.0A，输入电压为5.5V，该变频组件的额定功耗就达到11W，这对于一个没有采取散热措施的小型插件来说热量是非常大的。因此采取有效的降耗措施是非常有必要的。在不更换器件的前提下，最好的办法是通过降低宽带放大器的额定功耗来解决。本发明申请人从降低所述宽带放大器的工作电压入手（参见图3和图6），放大器外围电路的型号为HMC580ST89E，主要通过分压电阻R1将变频组件所述宽带放大器的额定工作电压从+5V降至+4V，通过对所述五个宽带放大器降压，使本发明接收机的工作电流由2.8A降至1.7A。然而，本发明申请人通过测试发现，本发明接收机的线性动态范围变差了，经查是因末级宽带放大器的P1dBm降低所致。为了保证原有性能指标，经过本发明申请人的多次反复试验和测试，将所述末级宽带放大器的工作电压重新调整回+5V保持不变。再通过多次动态测试显示，本发明接收机的工作电流由2.8A降至1.9A，即通过放大器外围电路（参见附图3）的四个降压点对前三级宽带放大器和本振信号宽带放大器降压，使变频组件的工作电流下降了0.9A，几乎降了一半。在实际工作中，对控制箱或分机通过高温和低温环境反复试验，充分验证了上述措施的可行性，操作简单，实施高效，有效降低了变频组件的热耗，结合前放组件对低噪声宽带放大器和宽带放大器的降耗，从而成功降低了本发明接收机的整机功耗。
变频组件使用的宽带放大器，不同型号雷达可根据所要求的固定中频不同的需求，对变频组件内的中频声表面滤波器进行更换，即可实现P波段通用。
控制组件和故障报警组件所选用的器件均可工作在P波段内，故可在多型号雷达上实现通用。
以上所述只是本发明的较佳实施例而已，上述举例说明不对本发明的实质内容作任何形式上的限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改或变形，以及可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，均仍属于本发明技术方案的范围内，而不背离本发明的实质和范围。

Claims (8)

1.一种宽带低功耗四合一接收机，它由前放组件、选频组件、变频组件、控制组件、故障报警组件和放大器外围电路构成，前放组件包括宽带低噪放、数控衰减器、宽带放大器、LC低通滤波器和对数检波器；选频组件包括电子开关、声表面滤波器组；变频组件包括匹配衰减器、混频器、宽带放大器、声表面滤波器、数控衰减器、LC低通滤波器、检波器；控制组件包括或门、与非门、驱动芯片、直流稳压模块；故障报警组件包括比较放大器、与非门、D触发器、发光二极管；
其特征在于：前放组件的输入端接入有回波信号，前放组件的接收信号过载检测输出端与控制组件的或门连接，前放组件的射频信号输出端与选频组件的输入端连接，选频组件的输出端与变频组件的输入端连接，变频组件的中频输出端分为两路，一路为滤波信号端，另一路为检波信号端，所述滤波信号端与数模转换器连接，所述检波信号端与故障报警组件连接；所述前放组件的宽带低噪放和宽带放大器通过直流稳压模块提供+5V工作电压，所述变频组件一路接收通道的宽带放大器有五个，构成一级本振放大和四级中频放大，一级本振放大器和中频前三级宽带放大器通过放大器外围电路提供+4V工作电压，中频末级宽带放大器通过直流稳压模块提供+5V工作电压。
2.根据权利要求1所述的一种宽带低功耗四合一接收机，其特征在于：所述的前放组件通过宽带低噪放对接收的回波信号进行低噪声放大后功分成两路：一路送对数检波器作对数检波，输出接收过载检测信号至控制组件的或门；另一路作为主路信号送数控衰减器作射频增益控制信号，同时该主路信号经第二级宽带放大器二次放大、通过LC低通滤波器抑制谐波后输出至选频组件。
3.根据权利要求1所述的一种宽带低功耗四合一接收机，其特征在于：所述的选频组件通过声表面滤波器对每个工作频点进行带通滤波和选频，抑制带外干扰信号、输出回波射频信号至选频组件的匹配衰减器。
4.根据权利要求1所述的一种宽带低功耗四合一接收机，其特征在于：所述的变频组件将回波射频信号与功分后的本振信号通过混频器上边带混频为固定中频信号，该固定中频信号经两级声表面滤波器和四级宽带放大器放大及LC滤波器滤波后，一路送检波二极管进行检波，另一路经一级LC低通滤波器滤波后送模数转换器进行模/数和光/电转换。
5.根据权利要求1所述的一种宽带低功耗四合一接收机，其特征在于：所述的控制组件将自外部输入的频控码、RFSTC和IFSTC差分信号经差分驱动芯片转换成TTL信号，分别输出至前放组件和变频组件；将开关直流电源+5.5V经直流稳压模块1、直流稳压模块2稳压为+5.0V，所述直流稳压模块1为变频组件的末级宽带放大器提供+5.0V工作电压，通过所述放大器外围电路为变频组件的一级本振放大和中频前三级宽带放大器提供+4.0V工作电压；所述直流稳压模块2为控制组件自身提供工作电压；控制组件将前放组件送入的四路接收过载检测信号经或门逻辑比较后送出一路合过载信号对外输出，同时，将故障报警组件的四路故障信号经与非门逻辑比较后送出一路合故障检测信号对外输出。
6.根据权利要求1所述的一种宽带低功耗四合一接收机，其特征在于：所述的故障报警组件将变频组件经检波二极管检波后的四路直流信号经第一级比较放大器放大，再经第二级比较放大器与参考直流电平比较放大后，通过与非门、D触发器与测试方波完成相应逻辑比较得到最终的四路故障信号，输出至控制组件的与非门。
7.根据权利要求1所述的一种宽带低功耗四合一接收机，其特征在于：所述的控制组件的差分驱动芯片的型号为MAX3095ESE，所述或门的型号为DM74LS32M，所述与非门的型号为54LS00。
8.根据权利要求1所述的一种宽带低功耗四合一接收机，其特征在于：所述的故障报警组件的两级比较放大器的型号为LM2902KD，所述与非门的型号为54LS00，所述触发器的型号为54LS123。
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