W波段直接检波式接收前端设计与仿真

W波段直接检波式接收前端设计与仿真

李坤龙

李坤龙

广东鼎华科技股份有限公司广东佛山528000

摘要：接收前端是雷达系统的关键部件之一，对其设计展开探讨具有十分重要的意义。本文设计了一款W波段直接检波式接收前端，对其整体电路仿真及实测数据展开了分析，以期能为类似接收前端设计提供参考。

关键词：W波段；直接检波式接收前端；设计；仿真

引言

直接检波式接收前端具有直流功耗低、体积小、结构简单等优点，得到了广泛的使用。其中，W波段直接检波式接收前端的设计也越来越受重视，接收前端的结构图如图1所示。基于此，本文对W波段直接检波式接收前端的设计与仿真进行了详细的介绍。

图1接收前端结构图

图3探针公差仿真和实物图

2级联高增益低噪放芯片

系统中低噪声放大器的作用是将天线接收到的微弱信号进行放大，降低噪声干扰。低噪声放大器的选择需要满足两个条件，一是必须保证放大器后方的检波器工作在平方率检波区间，二是要保证系统具有较低的的噪声系数。

2.1系统增益选择

保证检波器工作于平方率范围，这就是要求经低噪声放大后的信号满足检波器输入信号功率的要求。设低噪放增益为GLNA，经低噪放加到检波器的信号功率为PDET，检波器工作于平方率检波区间时输入信号功率最大、最小值分别为PMAX、PMIN，则低噪放增益应满足：

PMIN≤GLNAKTsysBFsys=PDET≤PMAX(1)

根据检波器工作在平方率区间输入信号功率PMAX、PMIN和接收前端工作的温度范围，此处取PDET=-35dBm，Tsys=300K。K为玻尔兹曼常数，B=35GHz，则可求出GLNA≈35.5dB。考虑到系统中带线和互联等对信号的损耗，实际选用低噪放的增益应大于计算值2dB-5dB，此处取GLNA=40dB。单个低噪放不能满足如此高的增益，因此需要两片低噪放进行级联，单片低噪放的增益曲线和噪声曲线如图4所示。

图4低噪放增益曲线和噪声曲线

式(2)中,Fi、Gi分别是每一级放大器的噪声系数和增益，i=1，2，…，由公式可以看出，第一级放大器对级联系统的噪声贡献最大。因此，第一级放大器的噪声系数必须足够小，同时输入端口的波导-微带转换结构的插损需要尽量小，从而减小系统噪声系数，增加系统的温度分辨率。

3检波器选择及整体电路仿真

毫米波辐射计通常采用的是低势垒肖特基二极管作为平方率检波管，它具有不需要外加偏置电压，检波灵敏度高，频带宽，噪声低等特点。根据需要，我们选取了安捷伦公司的某款高性能检波管设计本接收前端的检波器，其等效电路图如图5所示。

在选定低噪放芯片与检波二极管后，输入匹配网络会直接影响检波器的端口驻波比与检波灵敏度，在本文中，我们采用了高低阻抗线作为低通滤波器置于检波管与视频放大电路之间，仿真的电压输出频响如图6所示。

图5检波管等效电路图

图6仿真电压输出频响

4实测数据

连接测试仪器，调节信号源输出功率和可调衰减器衰减量，使接收前端输入功率为-60dBm，信号源输出起始频率75GHz，终止频率110GHz，步进1GHz，分别记录接收前端输出电压VOUT，输出频响如图7所示。根据7所示，对比仿真结果可以发现，当工作频率大于103GHz时，接收前端输出电压下降非常明显，分析原因可能是高端匹配差或者匹配工作频段发生了频偏。

图7实测电压输出频响

5结束语

综上所述，对W波段直接检波式接收前端的设计展开研究具有十分重要的意义。本文设计了一种W波段的直接检波式接收前端，利用仿真软件，辅助完成设计，经测试，该接收前端满足相关设计要求，具有良好的推广应用价值。

参考文献:

[1]张运传,卢绍英,莫骊.X波段宽带相控阵接收前端设计[J].空军预警学院学报,2017,31(02):105-108.

[2]张先荣.超宽带毫米波接收前端设计[J].电讯技术,2016,56(07):799-803.

[3]周凤艳,刘秉策.一种6～18GHz宽带接收前端的设计[J].雷达科学与技术,2015,13(01):95-98+102.