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摘 要 本文主要介绍L波段双通道射频前端的组成方案、有关的主要设计思想和关键技术。并详细阐述了射频前端的噪声系数、动态范围，双通道的幅相一致性和通道间的隔离的设计。
关键词 双通道射频前端；噪声系数；动态范围；幅相一致性；隔离
前言
随着现代民用及军用设施使用电子设备的增多，电磁环境越加复杂，相互干扰也日趋严重；为了增加接收机的抗干扰能力，要求接收机具有动态范围高、线性度高等特点。作为接收机重要组成部分的射频前端，它工作于中频放大器之前，诸如噪声系数、动态范围等，都与接收机的性能有直接关系。本文采用自顶向下的设计方法，设计了工作频率在L波段，带宽为200MHz的双通道射频前端。
1 方案介绍
L波段双通道射频前端的组成如图1所示。为了避免有大信号烧坏低噪声放大器，需对两路回波信号先进行限幅处理，然后再通过低噪声放大器对信号进行线性放大；再经滤波器把不需要的信号进行滤除，为了加强对杂波信号的抑制，在经过一级带通LC滤波器后再增加一级高通LTCC滤波器，LTCC滤波器具有体积小，可靠性高等特点；为了增加射频前端的动态范围，在电路中增加了一级最大衰减值达31.5dB的数控衰减器，即STC（灵敏度时间控制电路或近程增益控制电路）；为了满足射频前端的增益要求，需在STC后增加一级大增益放大器，整个通路中的所有器件都必须工作在线性状态，所以需在合适的位置增加π型衰减网络方便调节增益大小，此框图中统称π衰[1]。
2 主要指标的设计
2.1 噪声系数
接收机系统的级联噪声系数
（3.1）
由应用式（3.1）可计算射频前端的噪声系数为
（3.2）
式中，为噪声温度比，一般情况≈1，，为限幅器损耗，同理，其中为滤波器、STC、π衰损耗总和，，F2为低噪声放大器噪声系数FA，F4为第二级放大器噪声系数FB，G2即为低噪声放大器增益GA，再有公式
（3.3）
由式（3.2）和（3.3）说明，损耗0.23dB的限幅器和噪声系数0.35dB，增益23dB的低噪声放大器可以看成一个噪声系数为0.58dB，增益为22.77dB的限幅低噪声模块来考虑；同理，后续具有7.5dB的滤波器、STC、π衰和噪声系数0.7dB，增益31dB的放大器也可看成一个噪声系数为8.2dB，增益为23.5dB的放大模块来考虑。再根据式（3.3）计算式（3.2）中的各参量的对数值对应的倍数。
L1=1.0544，FA=1.0839，LM=5.6234，FB=1.1749，GA=199.53
所以FS=10lg1.17≈0.68dB。这说明射频前端的噪声系数主要取决于限幅低噪声模块，而后面的放大模块对噪声系数的影响只有0.1dB，所以在设计射频前端时低噪声放大器前的限幅器损耗和低噪声放大器的噪声系数应尽可能地小[2]。
2.2 动态范围
在接收机的射频前端中，增益、噪声系数和动态范围是三个互相关联而又互相制约的参数。1dB增益压缩点动态范围为
（3.4）
式中Po-1为最大输出信号的功率电平，单位为dBm；Fs为噪声系数，单位为dB ；Bn为射频前端信号带宽，单位为MHz；G为通道增益，单位为dB。
在射频前端中，最大输出信号的功率电平Po-1=20dBm，取决于图1中第二级放大器的1dB压缩点；噪声系数Fs为0.68dB，由式（3.2）计算得出；信号带宽Bn为200MHz；由“3.1 噪声系数”的描述可知射频前端的增益G约为46dB；由此可计算射频前端的1dB增益压缩点动态范围为
为了增加射频前端的动态范围，且尽可能降低对噪声系数的影响，所以在射频前端的低噪声放大器和滤波器后增加一级STC（灵敏度时间控制电路），此STC最大衰减值能达到31.5dB，由此射频前端的动态范围即扩大到95.5dB，此处就不再赘述[3]。
2.3 幅相一致性
根据雷达原理，在理想的振幅和差单脉冲系统中和信号与差信号之间的相位差是0°或180°，因此和信号与差信号通过相位检波器比较相位时，相位检波器的输出电压U=±KdU△；如果两个通道间的相位特性不一致，则会产生附加相位Φ，此时相位检波器的输出电压U=±KdU△cosΦ，导致输出电压U的数值降低，从而使灵敏度降低；而通道间的幅度特性不一致同样会导致灵敏度降低。因此在此次射频前端设计中要求Φ≤±5°，通道间幅度差≤2dB，为了满足此指标，两路通道的电路布局完全一致，结构布局在方便测试和连接的情况下尽可能一致，并且通路中所选用器件也完全相同，两路外部传输信号的电缆长度尽量一致，在调试两路通道时，尽量保持调试点位置统一。经过以上设计，幅相一致性完全能满足指标要求[4]。
2.4 隔离度
因两路射频前端同时工作，需要考虑两个通道间的互相影响，因此在设计时，使两个通道完全进行物理隔离，分别封闭在单独的屏蔽盒中，这样会大大地减弱空间辐射干扰；两个通道的电源、控制信号等也完全分开，减少了线缆之间的相互串扰；这样大大提高了两路通道间的隔离度[5]。
3 结束语
接收机射频前端对接收机的噪声系数、动态性能起决定性作用。本文首先對接收机射频前端的重要性和组成做了简单说明，随后对射频前端的噪声系数，动态范围、幅相一致性和隔离度进行了详细叙述。
参考文献
[1] 弋稳. 雷达接收机技术[M].北京：电子工业出版社，2005：157.
[2] 丁鹭飞，耿富录.雷达原理（第三版）[M].西安：西安电子科技大学出版社，2002：79.
[3] 陈为沛，侯娟丽.C波段三通道接收机的设计[J].火控雷达技术，2004，33（4）：46-48.
[4] 周志增，李东生，杨建斌，等.S波段接收机通道仿真与电路设计[J].电子对抗，2009，（5）：40-44.
[5] 顾其诤.微波集成电路设计[M].北京：人民邮电出版社，1978：54.
