超外差多通道探測(cè)接收系統(tǒng)多使用功率分配器而共用同一本振源，功率分配器的分配均勻性和帶寬大小將對(duì)該系統(tǒng)的性能產(chǎn)生影響。因而在設(shè)計(jì)功分器之前，對(duì)多通道系統(tǒng)測(cè)試并分析相關(guān)性能指標(biāo)的變動(dòng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響就顯得尤為重要；與此同時(shí)，測(cè)試所得的關(guān)于保證系統(tǒng)性能的指標(biāo)要求對(duì)系統(tǒng)中相關(guān)器件的設(shè)計(jì)也有很大的指導(dǎo)意義。

1、陣列多通道超外差接收系統(tǒng)原理分析

在毫米波超外差接收系統(tǒng)中，多個(gè)接收通道需要多個(gè)超外差混頻器，使用單個(gè)本振源，通過(guò)功分器對(duì)其等分至各通道的本振輸入口而無(wú)需每個(gè)混頻器都配備本振源，降低了系統(tǒng)成本和載荷。波導(dǎo)功分器有損耗小，功率容量大等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用在在高功率容量、低損耗要求的場(chǎng)合，在毫米波系統(tǒng)中經(jīng)常被使用。

陣列多通道分諧波混頻接收系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。射頻信號(hào)由天線接收，經(jīng)低噪放放大后進(jìn)入混頻器，混頻后的中頻信號(hào)經(jīng)濾波、檢波、采集便可得到直流電壓信號(hào)。系統(tǒng)考慮載荷、成本等因素，使用一個(gè)本振源經(jīng)功分器等分而給每個(gè)混頻器提供本振信號(hào)。

圖1、陣列多通道超外差接收系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖

微波本振源對(duì)直流電源精度有較高要求，當(dāng)直流電源不滿足要求，會(huì)使本振源的輸出功率和頻率偏離標(biāo)定值。由于本振源信號(hào)先經(jīng)由本振功率分配器等分，之后的輸出信號(hào)到達(dá)各混頻器的本振輸入端口為其提供本振信號(hào)，此刻每個(gè)通道的混頻器的性能受本振端口輸入信號(hào)的差異而造成的影響可歸于功率分配器的性能對(duì)混頻器的影響。

在絕對(duì)零度以上的物體在整個(gè)電磁波譜范圍內(nèi)能夠都會(huì)向外輻射電磁能量，被動(dòng)接收系統(tǒng)可設(shè)計(jì)器件的工作頻率以接收其任意頻段輻射的能量。毫米波波段本振源為波導(dǎo)諧振式微波源，諧振中心頻點(diǎn)可能會(huì)因?yàn)橥饧又绷麟娏鞯牟环€(wěn)定而有一定的偏移量。在射頻信號(hào)頻率有一定帶寬的情況下，本振頻率發(fā)生漂移，與本振頻率對(duì)應(yīng)的雙邊帶也會(huì)相應(yīng)發(fā)生偏移。

因而，為了保持系統(tǒng)中各通道的指標(biāo)一致，所用功率分配器要求等分均勻性、一致性誤差盡可能小；同時(shí)，具有一定帶寬可以為本振源的頻率偏差對(duì)混頻性能的影響提供一定的冗余保證。

2、測(cè)試

搭建超外差單通道接收系統(tǒng)，通過(guò)微調(diào)本振源的輸出功率和工作頻率以模擬功分器的輸出功率分配及帶寬對(duì)系統(tǒng)的影響。射頻信號(hào)和本振信號(hào)選擇Farran公司94GHz、49.5GHz微波源，射頻、本振信號(hào)源以及W波段低噪放由TRADEX的LPS202A直流穩(wěn)壓電源供電，混頻后的中頻信號(hào)接入檢波器。在其他條件保持不變的條件下，改變本振源的輸出功率和工作頻率并記錄相對(duì)應(yīng)的檢波輸出結(jié)果。測(cè)試系統(tǒng)原理及實(shí)物圖如下所示。

圖2、實(shí)驗(yàn)測(cè)試單通道系統(tǒng)搭建

圖3、本振功率變化時(shí)的輸出結(jié)果變化測(cè)試

圖4、本振頻率變化時(shí)的輸出結(jié)果變化測(cè)試

由上述結(jié)果可以看出，本振源以功率為7dBm、頻率49.5GHz為基準(zhǔn)而增減變動(dòng)，當(dāng)本振功率的變動(dòng)為0.2dB、0.5dB、1dB時(shí)，輸出結(jié)果變動(dòng)小于0.1dB、0.36dB、0.46dB；本振頻率在49GHz~49.8GHz范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，輸出結(jié)果差異小于0.26dB，以49.5GHz為中心增減0.5GHz而給輸出結(jié)果帶來(lái)的結(jié)果差異小于0.6dB。通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在毫米波多通道系統(tǒng)中，為了保證個(gè)通道性能的一致性，要確保直流供電電源的精度，以保證微波信號(hào)源自身信號(hào)的純度和輸出功率的穩(wěn)定，這樣對(duì)系統(tǒng)的影響會(huì)降低。

測(cè)試結(jié)果匯整如下表所示。

	輸出功率不均勻性（dB）	通道影響（dB）
測(cè)試	0.2	≤0.1
	0.5	＜0.36
	1	＜0.46

表1、輸出不一致性影響

	輸出端口功率等分帶寬（GHz）	通道影響（dB）
測(cè)試	fc-0.3~fc+0.3	＜0.26
	fc-0.5~fc+0.5	＜0.6

表2、頻率漂移影響

由表中匯總的結(jié)果可知，功分器輸出功率不均勻性在小于0.5dB時(shí)，給通道性能帶來(lái)的影響較小；輸出端口功率等分帶寬為中心頻率處+/-0.3GHz時(shí)，對(duì)通道影響較小。由此可以得出，功率分配器的功率輸出分配差異小于0.5dB、輸出帶寬為中心頻率處+/-0.3GHz時(shí)，對(duì)系統(tǒng)性能影響最小。

3、結(jié)論

在毫米波超外差單通道接收系統(tǒng)中，通過(guò)微調(diào)本振源的輸出功率和工作頻率以模擬功分器的輸出功率分配及帶寬對(duì)多通道系統(tǒng)的性能影響，測(cè)試得到的該變化值為系統(tǒng)中功率分配器功率分配和分配帶寬等指標(biāo)要求提供了設(shè)計(jì)參考和指導(dǎo)。與此同時(shí)，該方法也為獲得實(shí)際多通道系統(tǒng)中功分器性能要求提供了有效且節(jié)約成本的新思路。

作者：中國(guó)航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院  丁青

參考文獻(xiàn)

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本文刊登于微波射頻網(wǎng)旗下《微波射頻技術(shù)》雜志 2016無(wú)線射頻專刊，未經(jīng)允許謝絕轉(zhuǎn)載。