高靈敏度寬帶檢波對數視頻放大器研制

諸力群

摘要：在兩通道并行求和檢波對數視頻放大器模型的基礎上，根據正切靈敏度對射頻增益與噪聲性能的要求，通過增加前置放大器，并且對前置放大器、功分器以及射頻放大器等進行設計與優化，以混合集成電路結構和成熟工藝實現，研制出正切靈敏度達-75dBm，頻率平坦度±0.5dB，動態范圍-68dBm～+5dBm，對數線性度±1.5dB的8～18GHz寬帶檢波對數視頻放大器。

關鍵詞：檢波對數視頻放大器 正切靈敏度 動態范圍

中圖分類號：TN722 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）09-0044-02

Abstract：Based on the model of two-channel parallel-summation detection logarithmic video amplifier， considering that tangential signal sensitivity is related to RF gain and noise performance， by means of adding a pre-amplifier and optimization of the circuitry， a kind of wide-bandwidth detection logarithm video amplifier is developed here， which has the characteristics of tangential signal sensitivity of -75dBm， frequency flatness of ±0.5dB， dynamic range of -68dBm～+5dBm and logarithm linearity of ±1.5dB， realized by hybrid integrated circuit and mature technology.

Key Words：Detection Logarithm Video Amplifier； Tangential Signal Sensitivity； Dynamic Range

1 引言

檢波對數視頻放大器（DLVA）是一種將線性增加的射頻輸入信號轉換為按照對數函數關系增加的視頻輸出電壓，實現動態范圍的瞬時壓縮的放大器。由于檢波對數視頻放大器結構簡單、體積小、頻帶寬等優點，在處理窄脈寬、大動態、高密度的脈沖信號上具有一定優勢，廣泛應用在電子對抗接收機、預警雷達等電子戰相關系統以及大量測量儀器中。

2 原理簡介

2.1 基本模型

檢波對數視頻放大器通常應用于信道化接收機中，其基本模型由檢波器與對數視頻放大器組成，如圖1所示。檢波器將射頻輸入信號Pi直接轉換為直流信號Ve，對數視頻放大器完成對數變換過程輸出電壓Vo。

3 電路設計

3.1 電路結構

在兩通道并行求和檢波對數視頻放大器模型的基礎上，加入合適的前置放大器，優化射頻增益和噪聲系數，可以設計出高靈敏度，動態范圍達70dB以上的擴展動態檢波對數視頻放大器，其原理框圖如圖2所示。

3.2 前置放大器及功分器設計

提高正切靈敏度一是需要足夠的增益，二是降低射頻放大器的噪聲系數。這里對于前置放大器的訴求是輸入駐波小，帶內增益平坦，噪聲盡量低，飽和功率≥10dBm，所以前置放大器設計為平衡式低噪聲放大器，由Lange電橋與PHEMT低噪聲場效應管組成。經過優化仿真結果為8～18GHz頻帶內輸入駐波≤1.5，增益8±0.5dB，噪聲系數≤3dB，P-1≥13dBm。

功分器按帶寬要求設計為三節Wilkinson功分器，仿真結果為8～18GHz頻帶內輸入駐波≤1.5，插入損耗約3dB，隔離度≥20dB。

出于電路尺寸與精度考慮，采用薄膜工藝陶瓷基片和微組裝工藝實現，圖3為前置放大器及功分器的實物照片，圖4為兩者聯調的輸入輸出駐波與增益的實測結果。

3.3 射頻放大器

本文選用隧道二極管作為檢波器，其正切靈敏度為-43dBm，根據公式（4），檢波對數視頻放大器的正切靈敏度若要達到75dBm，則射頻總增益必須達到35dBm以上?？紤]到前置放大器與功分器，框圖中射頻放大器增益需達到30dBm以上，這里選擇兩級MMIC低噪聲放大單片，并配合均衡器改善增益平坦度，溫補衰減器調整增益的溫度穩定性，電路框圖如圖5所示。其中均衡器為集總單元GaAs單片，其插入損耗約2dB，幅度均衡量5.7dB，實測結果如圖6所示。

3.4 對數放大器

對數放大器設計為集成電路，采用直流耦合方式實現，包含3級線性放大器，多級對數模塊，以及加法輸出電路，其原理圖如圖7所示。該對數放大器動態范圍達到45dBm，恰好覆蓋檢波器的動態范圍。輔以精密穩壓電源以及外圍電路，視頻帶寬可達120MHz，脈沖上升沿時間可達10ns，脈沖下降沿時間可達100ns。

4 實驗結果

由上述方案設計的寬帶檢波對數視頻放大器主要指標為：工作頻率8～18GHz，動態范圍-68～+5dBm，輸入電壓駐波比2.2，正切靈敏度-75dBm，對數斜率50mV/dB，對數線性度±1.5dBm，頻率平坦度±0.5dB。根據實測數據可得到8～18GHz帶內頻率平坦度，如圖8所示，以及輸入功率與輸出電壓的轉換曲線，如圖9所示。

5 結語

在傳統檢波對數視頻放大器模型上，加入前置放大器，優化設計寬帶低噪聲放大器的增益與噪聲性能，通過仿真和實際調試，研制出正切靈敏度-75dBm，動態范圍-68～+5dBm，對數線性度 ±1.5dB的8～18GHz寬帶檢波對數視頻放大器。

參考文獻

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[2]羅鵬，丁亞生.對數放大器的原理與應用（上）[J].電子產品世界，2005（4）：127-128.

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