摘要 介紹了對(duì)數(shù)放大器AD8309在瞬時(shí)測(cè)頻(IFM)中的應(yīng)用，設(shè)計(jì)了基于AD8309的一種新型鑒相器電路，并將該電路成功應(yīng)用于某跟蹤本振的瞬時(shí)測(cè)頻單元中。實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸入射頻信號(hào)頻率298～318 MHz、功率為-50～+20 dBm、脈沖調(diào)制信號(hào)寬度為150 ns條件下，測(cè)頻精度150 kHz、準(zhǔn)確度≤±300 kHz的技術(shù)指標(biāo)。具有工作射頻脈沖調(diào)制脈沖小、工作動(dòng)態(tài)大等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞 鑒相器；調(diào)制脈沖寬度；工作動(dòng)態(tài)

    近年來(lái)，隨著脈沖調(diào)制及變頻雷達(dá)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，測(cè)試其發(fā)射頻率特征的瞬時(shí)頻率接收機(jī)由于其在測(cè)試設(shè)備、跟蹤本振以及被動(dòng)導(dǎo)引頭等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用受到越來(lái)越多的關(guān)注。瞬時(shí)測(cè)頻主要分為鑒相式、多通道式、計(jì)數(shù)式以及駐波式等測(cè)頻方式。
    鑒相式瞬時(shí)測(cè)頻如圖1所示，由于其電路形式簡(jiǎn)單、測(cè)頻帶寬容易配置等優(yōu)點(diǎn)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。為滿足不同的應(yīng)用背景以及適應(yīng)由于溫度等環(huán)境變化引起的輸入信號(hào)功率變化，要求電路在窄調(diào)制脈沖以及大動(dòng)態(tài)輸入信號(hào)條件下瞬時(shí)測(cè)頻正常工作。

    鑒相式瞬時(shí)測(cè)頻方案中，測(cè)頻速度、測(cè)頻準(zhǔn)確度及其工作動(dòng)態(tài)范圍與鑒相電路的設(shè)計(jì)有關(guān)。(1)國(guó)外鑒相器如AD8302在射頻輸入信號(hào)為-45～0 dBm范圍內(nèi)能穩(wěn)定輸出兩路輸入射頻信號(hào)鑒相結(jié)果，但由于其器件固有響應(yīng)時(shí)間的影響，導(dǎo)致在射頻調(diào)制脈沖寬度在<200 ns的條件下無(wú)有效信號(hào)輸出，即瞬時(shí)測(cè)頻無(wú)法正常工作。(2)傳統(tǒng)鑒相器電路中為加大工作動(dòng)態(tài)，常采用多級(jí)線性放大器進(jìn)行級(jí)聯(lián)放大飽和輸出的方法實(shí)現(xiàn)鑒相電路的大動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，常需要6級(jí)以上的放大器進(jìn)行放大，電路形式復(fù)雜、工藝要求高、功耗高。
    本文采用對(duì)數(shù)放大器AD8309的對(duì)數(shù)放大、限幅輸出功能實(shí)現(xiàn)了一種新的高速、大動(dòng)態(tài)鑒相器電路。利用該電路設(shè)計(jì)的瞬時(shí)測(cè)頻實(shí)現(xiàn)了在輸入射頻信號(hào)頻率298～318 MHz，信號(hào)功率-50～+20 dBm，脈沖調(diào)制信號(hào)脈沖寬度為150 ns、測(cè)頻精度150 kHz條件下準(zhǔn)確度優(yōu)于±300 kHz的技術(shù)指標(biāo)，優(yōu)于利用AD8302實(shí)現(xiàn)的瞬時(shí)測(cè)頻工作動(dòng)態(tài)與最窄調(diào)制信號(hào)脈沖寬度。電路設(shè)計(jì)具有形式簡(jiǎn)單、工藝要求低的特點(diǎn)。

1 理論分析
    如圖2所示，鑒相式瞬時(shí)測(cè)頻的主要思想是將雷達(dá)發(fā)射機(jī)射頻脈沖信號(hào)分為延遲與不延遲兩路信號(hào)。假設(shè)輸入信號(hào)功分兩路后的輸出信號(hào)：

    一路未經(jīng)延遲線后的信號(hào)輸出
    Eb1=Asinwt               (1)
    另一路經(jīng)延遲線后的信號(hào)輸出
    Eb2=Asin(wt-2πft)        (2)
    式中，t為射頻延遲線的延遲時(shí)間。
    兩路信號(hào)混頻經(jīng)低通濾波器后的信號(hào)輸出為
    Es=1／2A2sin2πft         (3)
    由式(3)可知，影響Es輸出幅度從而影響測(cè)頻結(jié)果輸出的主要為信號(hào)幅度A，因此放大器在一定動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)保證混頻器輸入信號(hào)幅度穩(wěn)定不變是瞬時(shí)測(cè)頻工作動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

2 電路設(shè)計(jì)
2．1 器件選擇
    為保證鑒相電路鑒相輸出在一定的輸入動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)保持穩(wěn)定以及滿足在150 ns調(diào)制脈沖條件下有有效數(shù)據(jù)輸出，鑒相電路中的放大電路選用具有限幅輸出功能的對(duì)數(shù)放大器AD8309與放大器單片NBB-500級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)。AD8309實(shí)現(xiàn)放大限幅輸出，使放大電路在輸入信號(hào)一定動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)變化時(shí)保持穩(wěn)定輸出；NBB-500用來(lái)提高輸出動(dòng)態(tài)，以使輸出信號(hào)功率滿足混頻器輸入功率要求。
    AD8309內(nèi)部功能框圖如圖3所示，典型電路如圖4所示。

    對(duì)數(shù)放大器AD8309電性能參數(shù)：(1)工作頻率范圍5～500 MHz。(2)多級(jí)對(duì)數(shù)限幅放大器。(3)100 dB動(dòng)態(tài)工作范圍：-78～+22 dBm。(4)可配置的限幅輸出與輸出電流；500 MHz帶寬范圍內(nèi)100 dB增益；相位延遲典型值為±80 ps。(5)工作電源+2．7～+5 V．16 mA。
    由于AD8309的輸入阻抗為1 kΩ，而系統(tǒng)設(shè)計(jì)阻抗為50 Ω、輸入為單端輸入，為實(shí)現(xiàn)級(jí)間阻抗匹配，設(shè)計(jì)輸入電路如圖5所示。

    AD8309差分輸出的任一端的限幅輸出幅度由電阻Rload與Rlim通過(guò)式(4)決定
    Vp-p=400 mV×Rload／Rlim       (4)
    為保證系統(tǒng)溫度特性以及電路輸出電流，選擇Rlim=100 Ω，由典型電路Rload=5×Rlim則Rload選用510 Ω。由于與AD8309級(jí)聯(lián)放大器NBB-500輸入阻抗為50 Ω，因此Rload=510／／50=46 Ω。由式(4)可得AD8309單端輸出幅度Vp-p=0．4×46／100=0．184 V(功率為-10．5 dBm，特征阻抗50 Ω)。
    鑒相電路中混頻器選用SLD-1，其本振信號(hào)驅(qū)動(dòng)功率為7±2 dBm，RF／IF輸人頻率為0．5～500 MHz，中頻輸出DC-500 MHz，滿足鑒相器的射頻輸入、中頻輸出頻率要求。為滿足其功率輸入要求，選用NBB-500與AD8309進(jìn)行級(jí)聯(lián)放大。NBB-500在設(shè)計(jì)頻率298～318 MHz范圍內(nèi)增益為20．5 dB，JP-1為+12．3 dBm，經(jīng)其放大后輸出信號(hào)功率為+10 dBm，通過(guò)功分器功分后到達(dá)混頻器本振輸入端信號(hào)功率為+6．8 dBm，滿足混頻器本振驅(qū)動(dòng)功率要求。鑒相輸出采用LTCC低通濾波器LFCN-80濾除高次雜波，其中S21輸出曲線如圖7所示。

    最終設(shè)計(jì)工作頻帶內(nèi)輸出鑒相信號(hào)Es正弦波幅度為0 dBm。為實(shí)現(xiàn)在整個(gè)頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)模糊區(qū)域，選擇延遲線長(zhǎng)度使Es在20 MHz帶寬范圍內(nèi)輸出半正弦，輸出仿真波形如圖6所示。
2．2 設(shè)計(jì)結(jié)果
    鑒相器電路設(shè)計(jì)結(jié)果如圖8所示。

    將信號(hào)源設(shè)置為298～318 MHz線性掃頻，頻率步進(jìn)為150 kHz，用示波器測(cè)試鑒相電路輸出信號(hào)如圖9所示，測(cè)試結(jié)果表明，鑒相器輸出與仿真結(jié)果一致，在測(cè)試頻帶內(nèi)具有單調(diào)性。

3 試驗(yàn)結(jié)果
    應(yīng)用該鑒相器在瞬時(shí)測(cè)頻電路中，設(shè)定射頻輸入信號(hào)頻率298～318 MHz，信號(hào)功率為-30 dBm，脈沖調(diào)制信號(hào)寬度為150 ns條件下，測(cè)頻精度150 kHz。測(cè)試結(jié)果如表1所示。

    由表1測(cè)頻結(jié)果可知，基于新鑒相器的瞬時(shí)測(cè)頻在工作頻帶內(nèi)的輸出準(zhǔn)確度≤±300 kHz。改變輸入信號(hào)功率，測(cè)頻模塊在射頻輸入功率為-50～+20 dBm的70 dB動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)均能達(dá)到≤±300 kHz的測(cè)頻輸出準(zhǔn)確度。整個(gè)鑒相器電路的工作電壓為+3．3 V，工作電流51 mA，滿足低功耗設(shè)計(jì)。

4 結(jié)束語(yǔ)
    設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種新的瞬時(shí)測(cè)頻用鑒相器電路?；谠撾娐罚b相式瞬時(shí)測(cè)頻達(dá)到了最小射頻調(diào)制脈沖寬度150 ns、工作動(dòng)態(tài)70 dB的技術(shù)指標(biāo)；在20 MHz信號(hào)帶寬、測(cè)頻精度設(shè)計(jì)為150 kHz的條件下，測(cè)頻結(jié)果準(zhǔn)確度優(yōu)于±300 kHz。達(dá)到了技術(shù)性能指標(biāo)設(shè)計(jì)要求，并成功應(yīng)用于某自動(dòng)頻率跟蹤的瞬時(shí)測(cè)頻單元中。整個(gè)鑒相器電路設(shè)計(jì)具有形式簡(jiǎn)單、功耗低、可靠性高、成本低等特點(diǎn)，在工作輸入射頻調(diào)制脈沖寬度與工作動(dòng)態(tài)方面優(yōu)于國(guó)外專(zhuān)用器件，并可進(jìn)一步進(jìn)行小型化設(shè)計(jì)。