超宽带变频组件虚假抑制特性研究

时间：2024-05-04

王洪李,荆晓超

(中国船舶集团有限公司第八研究院,江苏南京 211153)

0 引言

超宽带变频组件主要应用于电子对抗领域和雷达的被动接收系统中[1],主要作用是将系统探测到的信号下变频到中频信号,再由后面的数字部分进行处理。为了有效探测信息,需要变频组件跨多倍频程工作,同时具有大瞬时中频带宽和高虚假电平抑制水平。

虚假电平抑制水平是变频组件的核心技术指标,过去主要对二次变频方案中的第一次变频产生的交调是否落在一中频带内和二次变频产生的交调是否落在二中频带内进行粗略计算[2-4],难以通用化,在成本和虚假抑制水平需要兼顾时,没有相应的设计原则。

本文介绍了一种二次变频方案,从目标信号和非目标信号与本振的交调2个角度对变频组件的虚假抑制特性做了详细的分析,给出了二次变频方案的设计原则,降低了变频组件的设计难度,提高了设计效率。实测结果验证了研究的准确性和有效性。

1 二次变频方案的虚假抑制

1.1 二次变频方案

一种工作频率覆盖0.38～18 GHz的超宽带变频组件二次变频方案原理如图1所示。

图1 二次变频方案原理

探测信号经第一混频器上变频到一中频,一中频滤波器中心频率为F1,经一中频滤波器滤波后,再经第二混频器下变频到二中频,二中频最大瞬时带宽为BW1和BW2(BW1

超宽带变频组件的核心技术指标是虚假电平抑制。虚假信号是指在一本振扫描的过程中,在中频带内出现了一个或若干个信号,但这个信号不是与此刻一本振对应的目标信号产生的。那么,中频带内的这个或若干个信号就称为虚假信号。

为了提高变频组件的虚假抑制,首先要分析虚假信号产生的原因,然后针对性地解决问题。文章从目标信号产生的虚假和非目标信号产生的虚假2个方面对变频组件的虚假信号产生原因进行分析。

1.2 目标信号产生的虚假

目标信号产生的虚假是指进入变频组件的信号与相应的一本振信号(包括一本振基波)和二本振信号(包括二本振基波)的交调落在中频带内产生的虚假。目标信号产生的虚假存在如表1所示的几种情况。其中,RF为0.38～18 GHz,L01为RF+F1,L02为L01-IF2,二中频为IF2。

表1 目标信号与本振信号产生的虚假

RF信号与一本振的基波和二本振信号产生的交调落在二中频带内。为此,需要提高对本振基波信号的抑制,无源倍频器对基波的抑制大于30 dBc,三次谐波的抑制大于40 dBc,有源倍频器对基波和三次谐波的抑制在10～20 dBc左右,虽然有源倍频器可以简化本振链路,但无源倍频器对基波和三次谐波的抑制更高,可以减小对倍频器后滤波器的带外抑制要求,在对基波、三次谐波抑制要求比较高的情况下,可以采用开关滤波器组芯片对倍频后的本振信号进行分段滤波。

RF信号的二倍频、三倍频信号落在二中频带内。一般情况下,RF经第一混频器的隔离,一中频滤波器的抑制,泄露到第二混频器的信号功率比较小,但在一本振以较大的信号功率与RF信号同时泄露到第二混频器时,第二混频器会产生RF的二倍频和三倍频信号,因而造成虚假。当RF为0.38～2 GHz时,L01为F1+RF,如果采用BW2带宽的一中频滤波器,那么部分一本振信号将以较大功率泄露到第二混频器处。因此,当RF为0.38～2 GHz时,一中频应采用BW1带宽的滤波器,这样可以对一本振信号产生足够的抑制。

当RF信号功率为0 dBm时,在变频组件的IF端口测得的虚假信号功率如表2所示。

表2 目标信号与本振信号产生的虚假

RF信号与一本振的交调落在一中频带内BW2产生虚假,由于一中频滤波器前后可能存在一中频放大器,其工作频率覆盖BW2。因而,RF信号与一本振信号的交调如果落在一中频放大器的工作带内,一中频滤波器对该交调信号的抑制作用将会减弱。RF信号为F1/2时,第一混频器产生的二次谐波落在一中频带内产生虚假,解决方法是增加一个中心频率为F2、带宽BW2的一中频滤波支路进行切换。

1.3 非目标信号产生的虚假

非目标信号产生的虚假是指进入变频组件的信号与非相应的一本振信号(包括一本振基波)和二本振信号(包括二本振基波)的交调落在中频带内产生的虚假。非目标信号产生的虚假存在如表3所示的几种情况。

表3 非目标信号与本振信号产生的虚假

RF为0.33 GHz时,与一本振22.56 GHz的三阶交调落在一中频带内产生虚假,为此,需要选择三阶交调抑制尽量高一点的第一混频器,同时要求预选滤波器对0.33 GHz的带外抑制要尽可能的高一些。以0.38～0.66 GHz的分段滤波器为例,一般要求,DC～0.33和0.76～18 GHz的带外抑制大于40 dBc,由于第一混频器存在一定的三阶交调抑制,一般大于40 dBc。因此,对滤波器的带外抑制要求大于20 dBc也可以满足变频组件虚假抑制大于45 dBc的指标要求。当然,由于滤波器存在寄生通道,所以需要级联低通滤波器以共同实现对0.76～18 GHz的带外抑制要求。

RF为1.13 GHz和8 GHz时,RF与一本振基波的交调信号落在一中频带内产生虚假,需要提高变频组件对一本振基波信号的抑制水平。

L01信号为36.3～37.3 GHz时,其与L02的三阶交调信号落在中频带内产生虚假,需要提高一中频滤波器对一本振信号的抑制和第二混频器的三阶交调抑制,也可以将L02信号切换为IF2+F1的高本振。

对于非目标信号产生的虚假分析,可以使用ADS软件辅助计算,如图2所示,理论上要计算L01为任一频点时,与非目标的RF信号的交调信号是否落在中频带内,实际上,可以在预选滤波器和对本振基波的足够抑制条件下,对交调抑制计算做大幅简化。

图2 ADS交调信号仿真电路

非目标信号产生的虚假还存在一种情况,由于预选滤波器的插入损耗比较大,为了补偿增益,往往在最后输出一级放置放大器。放大器产生的二次谐波也会造成虚假。变频组件前级的开关滤波器组的二次谐波抑制实测结果如表4所示。RF信号功率为0 dBm,在RF为F1/2时,二次谐波抑制为26.5 dBc。

表4 开关滤波器组的二次谐波抑制