數據鏈中信道功放模塊的設計

王璟

摘 要 數據鏈在軍事領域的應用越來越廣泛，數據鏈能夠在各個用戶間，依據共同的通信協議，使用自動化的無線電設備，傳遞、交換數據信息。數據鏈是獲得信息優勢，提高作站平臺快速反應能力和協同作戰能力，實現作戰指揮自動化的關鍵設備。本產品為機載數據鏈的關鍵設備，在機載數據鏈起到信息的傳輸與調制作用。

【關鍵詞】設計原理 流程 機載數據鏈

本模塊包括接收通道、激勵通道、頻綜單元、功率放大共4個部分。其中接收通道包含2路下變頻通道，采用高本振兩次變頻，中頻輸出為AGC。激勵通道包含一路上變頻通道，同樣采用高本振兩次變頻。頻綜單元包含了兩個頻率合成器單元，跳頻本振與固定本振。固定本振功分為三路，為接收通道與發射通道提供固定第二本振。跳頻本振為接收通道與發射通道提供第一本振。功率放大器是將激勵通道上變頻的信號放大送天線發射。

接收通道分為兩路，接收A和接收B，其電路結構完全相同。天線接收到信號，通過環形器后進入接收單元。進入接收單元首先經過預選濾波器，對鏡像、本振和中頻泄漏進行抑制。進入選通開關，根據信號幅度選擇放大或是直通，再經過一級濾波器進入混頻器，射頻信號由兩次變頻濾波，下變到中頻信號，在每次變頻之后還要經過濾波器、放大器、濾波器對信號進行優化。此后通過一級AGC，以滿足動態范圍120dB，輸出電平為-10dBm±2dBm的指標要求。

1 接收通道原理

接收通道需要有120dB的動態輸入，在射頻前端的STC可以有40dB的動態切換，所以在中頻部分也需要有80dB動態的AGC電路。本方案擬選用AD公司的AD8367，該單片自帶檢波系統，可以很好的進行AGC放大。一個單片可以有40dB的AGC控制，接收部分使用兩只串聯可以達到80dB動態控制。

2 激勵通道原理

激勵通道輸入**MHz信號，可以根據輸入信號帶寬由外部引入2條控制線，控制選擇相應帶寬的濾波器通過，信號經過開關進入第一級混頻器，與頻綜單元中的固定本振頻率信號進行混頻，混頻器輸出變頻后的信號，還有不需要的雜散。

由于發射通道要求是線性放大的通道，所以需要有數控衰減器對發射通道的增益進行微調，數控衰減器由外部LVTTL電平直接控制衰減值的大小。

3 頻綜單元原理

晶振選用100MHz，通過功分器，分成4路，一路輸出給外部，一路分給跳頻本振作為參考，一路分給單片機作為時鐘，一路分給固定本振作為參考，固定本振由單片機給出的控制信號來提供變頻器需要的本振頻率，經過放大和功分給出三路信號，再分別經過濾波和放大輸入給接收和激勵通道的變頻器；跳頻本振由單片機給出的控制信號來提供變頻器需要的本振頻率，經過放大和功分給出三路信號，再分別經過濾波和放大輸出給接收和激勵通道的變頻器。加入濾波器和放大器是為了提高通道之間的相互隔離。

4 功放單元原理

天線選擇時，通過兩個獨立功放單元的切換實現，通過輸入端的天線切換開關在兩路獨立功放之間切換實現此功能。兩路功放單元完全對稱，現就一路做簡要分析：

射頻放大單元包括3級放大，第一級為放大單片，該單片工作在甲類狀態，提供高增益的同時具有良好的線性。第二級，末級分別為LDMOS微波功率管，之所以采用LDMOS功率管是因為該功率管工作在甲乙類狀態，具有良好的微波特性。

由于LDMOS具有以上特性，工作結溫更低（低熱阻），工作穩定性更好（低反饋），抗燒毀能力更強，因而可靠性更高，LDMOS的MTBF（失效平均時間）相對于其它類型的功率管明顯改善。

末級環形器采用無源鐵氧體材料微帶結構，該器件通過功率大，差損小，隔離度高，駐波良好，性能穩定，結構小，便于安裝。如圖1所示。

邏輯控制及靜態偏置單元包括靜態偏置單元和邏輯控制單元。

邏輯控制單元主要是利用數字電路與非，通過一定的工作模式實現對功率管開關電控制的方式來實現。數字電路是以二進制邏輯代數為數學基礎，使用二進制數字信號，既能進行算術運算又能方便地進行邏輯運算。以二進制為基礎的數字電路，電源電壓的小的波動對其沒有影響，具有抗干擾能力強、集成度高、體積小、功耗低、響應時間快等特點。

5 指標分析

5.1 接收通道動態范圍（帶內）：120dB

當輸入電平從-115dBm到5dBm，保證輸出電平：-10dBm±2dBm，此指標以AGC實現，在射頻前端的STC可以有40dB的動態切換，所以在中頻部分也需要有80dB動態的AGC電路。本方案擬選用AD公司的AD8367，該單片自帶檢波系統，可以很好的進行AGC放大。一個單片可以有40dB的AGC控制，AGC的建立時間為5μs，接收部分選用兩只串聯可以達到80dB動態控制。

5.2 功放輸出高電壓駐波比保護

功放輸出端加入環形器，利用對環形器第三端功率檢測，當輸出電壓駐波比過大時，從環形器第三端耦合的功率就會相應變大，通過檢波器檢出電壓，利用和比較器參考電壓的比較，輸出一個高低電平，經過一個非門做反，此信號和功放的使能信號進行邏輯與，當超過要求值時，功放斷電保護，停止工作。這樣可以保證功放輸出開路，短路時功放不損壞。

5.3 功放熱保護電路

本電路利用溫度探測器件，對盒體溫度的監測輸出一個電壓值，和預先設置好的電壓值經過比較器進行比較。預置參考電壓值對應過熱保護的最大溫度值。當盒體溫度超過要求最大值時，溫度探測器件輸出電壓將大于預置參考電壓，比較器輸出高電平，然后和其它故障信號進行邏輯與，一但其中一路故障信號為故障高電平。此時功放斷電保護，停止工作。

6 小結

本文主要對機載數據鏈中的收發通道進行研究，其次，對模塊實施細節中涉及到的各單元簡單介紹，結合應用的需要對模塊中的關鍵技術突破進行闡述，并采用仿真軟件進行仿真分析和優化設計，對通道動態范圍、發射通道保護等關鍵指標的實現進行詳細論證。

參考文獻

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[3]游偉，郭道省，易旭.無線信道中功放非線性失真補償技術研究[J].無線通信技術，2016（01）：11-16.

作者單位

中國電子科技集團公司第十研究所 四川省成都市 610036