吉 胜 JI Sheng（ 西安导航技术研究所 西安 710068）（ Xi′an Research Institute of Navigation Technology，Xi′an，710068，China）

摘 要：介绍了某雷达系统中发射上变频器的设计思想及原理框图，并着重论述了混频器的设计及放大电路部分的几种设计方法。

关键词： 混频器；放大器；单片微波集成电路（ MMIC）

1 概 述

    本发射上变频器组件是雷达系统中频率合成器的重要组成部分，它的性能的好坏直接影响到整机的指标。发射上变频器组件的主要功能是将1个中频线性调频信号变换到发射信号的频率上，并且放大到合适的功率电平。为了达到这个目的，中频信号需经过2次上变频的过程：第1个上变频器称为中频上变频器，中频信号在这里和频率为800MHz 的本振信号混频得到中心频率为940MHz 的调制信号，然后，它在第2个上变频器（ 称为发射上变频器） 中与1个频率为4.26～4.86GHz 的本振信号混频，最终得到所需的发射信号。

2 发射上变频器组件的技术指标及要求

（1） 输入信号

① 中频上变频器本振信号：f LO1＝800MHz，Pin＝12dBm

② 发射上变频器本振信号：f LO2＝4.26～4.86GHz，Pin＝12dBm

③ 中频信号：f ＝140MHz，Δf ＝20MHz 调频脉冲，Pin＝3dBm

（2） 输出信号

① f out＝5.20～5.80GHz

② Pout≥17dBm，带内功率起伏≤2.5dB （ 包括温度引起的变化）

（3） 输出信号频谱

① 相噪恶化≤3dB （ 输入信号的相位噪声≤－110dBc／Hz＠1kHz）

② 带内杂散电平≤－60dBc

③ 带外杂散电平≤－50dBc

（4） 输出通路内含高隔离度调制开关，隔离度≥60dB，加“手动开关” 使之处于检测或工作状态。

（5） 调制开关的控制信号： TTL 电平，高电平时，发射通道畅通。输入端设整形电路，对控制信号进行整形。

（ 6） 提供输出功率检测口。

（7） 提供故障检测信号： TTL 电平，高电平为正常，低电平为故障。

（8） 工作温度： －25°C～＋55°C

3 混频电路的设计考虑

    根据混频器的工作原理，2个被混频的输入信号同时加到1个非线性器件上，就可得到所需要的和频或差频，但由于器件的非线性还会产生许多其他不需要的组合频率。混频器的中频产物f IF＝mf LO±nf RF。如果用dB 表示，信号强度每变化1dB 干扰信号将变化1dB。n×m 组合干扰信号强度与需要的n×m＝1×1信号强度之比变化（ n－1） dB。假如信号从－20dB降到－30dB，那么对于n×m＝3×5的组合干扰就会降低30dB，而对应的比变化为：（3－1） × ［－30－ （ －20） ］ ＝－20dB。

    在此，根据本方案要求，对本振信号低、中、高频率情况下其中频产物分量进行了计算分析，参见表1～表3。

    通过分析发现，落在频带内（5.20～5.80GHz） 的中频分量均为五阶或六阶组合分量。所以，在设计中我们采用双平衡混频器以及减小射频信号电平、设置高抑制度的带通滤波器来降低杂散，确保满足频谱指标要求。

4 发射上变频器实现框图及说明

图1 发射上变频器实现框图

5 放大电路的设计考虑

    由于本上变频组件对杂散电平以及输出功率的起伏都有较高的要求，为了保证低的杂散，方案中采用了降低中频信号电平进行混频的方法，这样使组件的总增益提高（ 60dB 左右） ，输出功率的起伏难以控制，尤其是组件在高低温下的功率变化问题变得更加突出，因此，放大电路的设计需要重点考虑。根据目前的器件情况，放大电路可采取以下几种方法。

    第一种方法是采用多管级联的方法。如采用Agilent 公司的ATF－10136MESFET 管，估计至少要5级才能达到所需要的功率输出。这种方法由于需在每级的输入、输出端都要加入匹配网络，因此电路的设计必须依赖微波电路设计软件来优化电路，同时，电路的调试也比较复杂和困难。

    第二种方法是前级放大采用单片微波集成电路（ MMIC） ，单片微波集成电路的输入、输出阻抗都已匹配到50Ω，这样放大电路得以简化。末级采用中功率砷化镓FET 放大器，将功率放大到额定值。由于所使用的放大管的u 值＜0.12，可以进行单向化设计，电路的输入、输出匹配网络采用共轭匹配的方法，输入匹配网络采用并联开路分支线形式，输出匹配网络采用串联微带线结构。通过正确地设计放大器增益，使末级管子和末前级管子处于饱和状态，从而确保组件在高低温工作时功率起伏满足要求。这个方法是解决放大器的功率随温度变化较简便的方法，也是较为常用的方法。

    第三种方法是前级放大仍采用单片微波集成电路（ MMIC） ，末级放大器采用温度补偿电路来补偿各级因温度而引起的功率波动，最终使功率及功率起伏满足要求。该方法实现的难度较大，成本较高。

    综上所述，采用第二种方法来进行本方案设计较为合理。

6 控制电路的设计考虑

    根据FET 放大器的特性，我们采用双电源供电，并设计有负压保护电路，使正电源受负电源控制，来保护放大器正常工作，不至于因为电源问题而损坏器件。同时为确保收、发组件之间具有高的隔离度，功放管的漏极电压也同时受TTL电平控制。

图2 电源及开关原理方框图

7 结 论

    根据本方案进行发射上变频器设计，各项性能指标均满足要求，已经进入了实际应用阶段。

参 考 文 献

1 廖承恩．微波技术基础．北京： 国防工业出版社，1984

2 武国机．微波电子线路．西安： 西北工业大学出版社，1994

Abstract： Describes the design idea and principle block diagram of Transmitting Up－Converter for a Radar System，it also emphasizes the design of Transmitting Up－Converter together with amplifier.

Keywords： mixer；amplifier；monolithic microwave integrated circuits （ MMIC）

作者简介 吉 胜 男，1968年出生。1990年获得西安电子科技大学电磁场与微波技术专业学士学位，1996年晋升为工程师，一直从事雷达发射机及频率合成器的研制工作。