高灵敏度宽带检波对数视频放大器研制

诸力群

摘要：在两通道并行求和检波对数视频放大器模型的基础上，根据正切灵敏度对射频增益与噪声性能的要求，通过增加前置放大器，并且对前置放大器、功分器以及射频放大器等进行设计与优化，以混合集成电路结构和成熟工艺实现，研制出正切灵敏度达-75dBm，频率平坦度±0.5dB，动态范围-68dBm～+5dBm，对数线性度±1.5dB的8～18GHz宽带检波对数视频放大器。

关键词：检波对数视频放大器 正切灵敏度 动态范围

中图分类号：TN722 文献标识码：A 文章编号：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

检波对数视频放大器（DLVA）是一种将线性增加的射频输入信号转换为按照对数函数关系增加的视频输出电压，实现动态范围的瞬时压缩的放大器。由于检波对数视频放大器结构简单、体积小、频带宽等优点，在处理窄脉宽、大动态、高密度的脉冲信号上具有一定优势，广泛应用在电子对抗接收机、预警雷达等电子战相关系统以及大量测量仪器中。

2 原理简介

2.1 基本模型

检波对数视频放大器通常应用于信道化接收机中，其基本模型由检波器与对数视频放大器组成，如图1所示。检波器将射频输入信号Pi直接转换为直流信号Ve，对数视频放大器完成对数变换过程输出电压Vo。

3 电路设计

3.1 电路结构

在两通道并行求和检波对数视频放大器模型的基础上，加入合适的前置放大器，优化射频增益和噪声系数，可以设计出高灵敏度，动态范围达70dB以上的扩展动态检波对数视频放大器，其原理框图如图2所示。

3.2 前置放大器及功分器设计

提高正切灵敏度一是需要足够的增益，二是降低射频放大器的噪声系数。这里对于前置放大器的诉求是输入驻波小，带内增益平坦，噪声尽量低，饱和功率≥10dBm，所以前置放大器设计为平衡式低噪声放大器，由Lange电桥与PHEMT低噪声场效应管组成。经过优化仿真结果为8～18GHz频带内输入驻波≤1.5，增益8±0.5dB，噪声系数≤3dB，P-1≥13dBm。

功分器按带宽要求设计为三节Wilkinson功分器，仿真结果为8～18GHz频带内输入驻波≤1.5，插入损耗约3dB，隔离度≥20dB。

出于电路尺寸与精度考虑，采用薄膜工艺陶瓷基片和微组装工艺实现，图3为前置放大器及功分器的实物照片，图4为两者联调的输入输出驻波与增益的实测结果。

3.3 射频放大器

本文选用隧道二极管作为检波器，其正切灵敏度为-43dBm，根据公式（4），检波对数视频放大器的正切灵敏度若要达到75dBm，则射频总增益必须达到35dBm以上。考虑到前置放大器与功分器，框图中射频放大器增益需达到30dBm以上，这里选择两级MMIC低噪声放大单片，并配合均衡器改善增益平坦度，温补衰减器调整增益的温度稳定性，电路框图如图5所示。其中均衡器为集总单元GaAs单片，其插入损耗约2dB，幅度均衡量5.7dB，实测结果如图6所示。

3.4 对数放大器

对数放大器设计为集成电路，采用直流耦合方式实现，包含3级线性放大器，多级对数模块，以及加法输出电路，其原理图如图7所示。该对数放大器动态范围达到45dBm，恰好覆盖检波器的动态范围。辅以精密稳压电源以及外围电路，视频带宽可达120MHz，脉冲上升沿时间可达10ns，脉冲下降沿时间可达100ns。

4 实验结果

由上述方案设计的宽带检波对数视频放大器主要指标为：工作频率8～18GHz，动态范围-68～+5dBm，输入电压驻波比2.2，正切灵敏度-75dBm，对数斜率50mV/dB，对数线性度±1.5dBm，频率平坦度±0.5dB。根据实测数据可得到8～18GHz带内频率平坦度，如图8所示，以及输入功率与输出电压的转换曲线，如图9所示。

5 结语

在传统检波对数视频放大器模型上，加入前置放大器，优化设计宽带低噪声放大器的增益与噪声性能，通过仿真和实际调试，研制出正切灵敏度-75dBm，动态范围-68～+5dBm，对数线性度 ±1.5dB的8～18GHz宽带检波对数视频放大器。

参考文献

[1]Richard Smith Hughes. Logarithmic Amplifications： With Application to Radar and Ew[M]. rtech House Publishers，1986.

[2]罗鹏，丁亚生.对数放大器的原理与应用（上）[J].电子产品世界，2005（4）：127-128.

[3]喻梦霞，李桂萍.微波固态电路[M].成都：电子科技大学出版社，2008.