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        一種低成本小型化倍頻組件的設(shè)計(jì)

        2012-04-25 05:52:00尹紅波
        艦船電子對(duì)抗 2012年3期
        關(guān)鍵詞:倍頻頻點(diǎn)諧波

        尹紅波

        (船舶重工集團(tuán)公司723所,揚(yáng)州 225001)

        0 引 言

        隨著微波技術(shù)的發(fā)展,倍頻器作為一個(gè)基本的電子部件,被廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、通信、電子戰(zhàn)、頻率合成器等各種電子設(shè)備中。本文的倍頻組件是為滿足某雷達(dá)模擬器系統(tǒng)需要而設(shè)計(jì)的,通過外部一個(gè)晶體振蕩器的輸入,得到多個(gè)成整數(shù)倍的高穩(wěn)定度、低相位噪聲的倍頻頻率。此組件要求體積小、成本低、性能穩(wěn)定可靠[1]。

        1 倍頻組件的設(shè)計(jì)方案

        本組件技術(shù)要求如下(見圖1):

        (1)輸入頻率100 MHz,功率0±1 dBm,為晶體振蕩器輸入。

        (2)輸出頻率1、2、3為100 MHz,功率2±1 dBm。

        (3)輸出頻率4為200 MHz,功率2±1 dBm。

        (4)輸出頻率5、6為1 000 MHz,功率2±1 dBm。

        (5)輸出頻率7、8為1 500 MHz,功率13±1 dBm。

        (6)輸出信號(hào)雜散、諧波:≤-50 d Bc。

        本組件設(shè)計(jì)方案框圖如圖1所示,主要考慮點(diǎn)就是怎樣把組件的體積盡量減小、成本盡量降低。在倍頻組件中,濾波器占了很大一部分體積和成本,要降低成本和體積就是要盡量壓低濾波器的尺寸和個(gè)數(shù),這就要選擇合適的方案。

        在此倍頻組件方案中,如果直接在輸入端用諧波譜發(fā)生器去倍頻,那么出來的頻譜分量會(huì)非常多,相連頻譜的功率值相差很小。在這種情況下,要選取所需要的頻點(diǎn),則對(duì)各個(gè)濾波器要求很高,濾波器實(shí)現(xiàn)起來,節(jié)數(shù)會(huì)很多,體積會(huì)很大,成本也就相應(yīng)提高了;而且諧波譜發(fā)生器本身成本也較高,體積較大,不適合低成本、小體積的要求。

        因此,有針對(duì)性地選擇頻點(diǎn)去分別多次倍頻,設(shè)計(jì)方案如圖1所示。倍頻主要用 Mini-circuits的AMK-2-13+實(shí)現(xiàn)二倍頻和Avago公司的PIN二極管HSMP-3822實(shí)現(xiàn)五倍頻和三倍頻。此2種器件體積小,成本低,擺放靈活。

        圖1 倍頻組件設(shè)計(jì)方案框圖

        輸出100 MHz的3路信號(hào)是輸入端晶振信號(hào)直接分路放大出來的。此3路信號(hào)的干擾信號(hào)就只有諧波,在此只需用Mini-circuits公司的LTCC低成本小型化1206封裝的低通濾波器LFCN-80+就可以輕松濾除。為了防止輸出端有別的干擾信號(hào)輸入進(jìn)來,干擾有用信號(hào),先把信號(hào)功分3路,然后再在各輸出端口低通濾波。

        輸出200 MHz的一路信號(hào)是輸入端晶振信號(hào)分路后采用 Mini-circuits公司的 AMK-2-13+二倍頻器實(shí)現(xiàn)的。此倍頻器對(duì)1次和3次諧波有很高的抑制作用,這樣對(duì)200 MHz濾波器要求就大大降低了,在此只需要借助ADS仿真軟件就可以輕松設(shè)計(jì)一個(gè)200 MHz的5階LC高通濾波器和一個(gè)200 MHz的5階 LC 低通濾波器[2],再配合 Minicircuits公司1206封裝的LFCN-190+低通濾波就可以輕松濾除雜散和諧波。

        輸出1 000 MHz的2路信號(hào)是輸入端晶振信號(hào)分路后采用Avago公司的PIN二極管HSMP-3822五倍頻,然后再用 Mini-circuits公司的AMK-2-13+二倍頻,再濾波分路實(shí)現(xiàn)的。

        輸出1 500 MHz的2路信號(hào)是在前面晶振信號(hào)五倍頻到500 MHz后,再通過HSMP-3822三倍頻,然后分別放大濾波實(shí)現(xiàn)的。此2路信號(hào)分別放大濾波是為了防止輸出端有干擾信號(hào)輸入進(jìn)來,干擾有用信號(hào)。

        在1 000 MHz和1 500 MHz信號(hào)實(shí)現(xiàn)過程中,主要是 HSMP-3822器件的應(yīng)用。根據(jù) HSMP-3822器件參數(shù)調(diào)整輸入輸出匹配網(wǎng)絡(luò),可以很好地實(shí)現(xiàn)三倍頻和五倍頻。五倍頻實(shí)現(xiàn)電路及頻譜特性見圖2,500 MHz三倍頻也是類似電路,根據(jù)器件參數(shù),稍微調(diào)整一下輸入輸出匹配。

        由圖2可以很清楚地看到,五倍頻到500 MHz后,對(duì)相鄰頻率有較好的抑制作用,這樣,對(duì)后面的500 MHz濾波器要求就大為降低,小體積、低成本濾波器實(shí)現(xiàn)起來較容易。

        同樣的,AMK-2-13+對(duì) 500 MHz二倍頻,HSMP-3822對(duì)500 MHz三倍頻,得到1 000 MHz和1 500 MHz頻點(diǎn),同時(shí)對(duì)其相鄰頻點(diǎn)都有較好的抑制作用,這樣,對(duì)后面的1 000 MHz和1 500 MHz濾波器要求大為降低。

        圖3 HSMP-3822五倍頻頻譜示意圖

        在 此,通 過 對(duì) 500 MHz,1 000 MHz,1 500 MHz 3款濾波器帶外抑制點(diǎn)的計(jì)算,選用小體積、低成本的介質(zhì)濾波器,可以很輕松地滿足指標(biāo)要求。

        2 PCB設(shè)計(jì)時(shí)需注意的問題

        由于此板體積較小,射頻信號(hào)頻點(diǎn)較多,為了防止各信號(hào)間相互干擾及信號(hào)自激,應(yīng)合理地布局信號(hào)走向,盡量把各頻點(diǎn)信號(hào)空間隔離開來,并且做好電源濾波,防止各信號(hào)通過電源線相互干擾,同時(shí)盡量通過過孔大面積接地,使整個(gè)PCB板等地電位,增加PCB板的抗干擾能力。PCB板布局見圖4。

        3 測(cè)試結(jié)果

        此倍頻組件測(cè)試結(jié)果見表1。

        由此表可以看出,此結(jié)果達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)要求。經(jīng)環(huán)境實(shí)驗(yàn)表明此組件在+70℃~-40℃環(huán)境中工作穩(wěn)定可靠。此組件尺寸大小:120 mm×89 mm×18 mm。

        圖4 倍頻組件設(shè)計(jì)PCB圖

        表1 各端口指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

        4 結(jié)束語

        靈活的設(shè)計(jì)方案、合適的器件選擇、先進(jìn)的仿真軟件可以極大地提高設(shè)計(jì)效率,縮短生產(chǎn)周期,降低生產(chǎn)成本。本文設(shè)計(jì)的倍頻組件達(dá)到了低成本、小型化的目的,經(jīng)實(shí)際使用,產(chǎn)品指標(biāo)合格,性能穩(wěn)定,安裝靈活簡(jiǎn)單,能達(dá)到預(yù)先設(shè)計(jì)目的。

        [1]朱志勇,王積勤.微波倍頻器的發(fā)展與設(shè)計(jì)[J].制導(dǎo)與引言,2003(9):46-50.

        [2]森榮二.LC濾波器設(shè)計(jì)與制作[M].薛培鼎譯.北京:科學(xué)出版社,2006.

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