一种双通道接收机的设计

摘要 工程中，对数放大接收机的动态范围很大，但只能保持频率和相位信息，损失幅度信息。而线性接收机在AGC未建立时的动态范围很小，却可以完整保留幅度信息。文中介绍了一种双通道接收机的设计方法，该设计具有一个线性通道和一个对数通道，利用对数通道的输出，扩大了线性通道的瞬态响应范围。
关键词 线性通道；对数通道；瞬态响应

现实中，接收机需要处理的无线电信号往往具有较宽的动态范围。比如在雷达、声纳等无线电系统中，接收机前端信号动态范围可达120 dB以上。根据信号体制如果可以采用对数放大器或者限幅放大器，接收机可以保证信号输出。如果信号体制要求是线性放大，无法直接处理这样宽的动态范围，需要对动态范围进行压缩。
在工程应用中，动态范围的压缩分为“线性压缩”和“非线性压缩”。线性压缩是指放大器的增益与信号的大小无关，输出基本保持恒定。线性压缩的特点使谐波失真小，其本质是一种“压控放大器”(VCA)。非线性压缩方面最好的例子就是对数放大器。它是输入输出信号成对数关系的器件，它对信号动态范围的压缩不需要像AGC系统那样提取输入信号的电平来控制增益，其增益与信号的大小成反比，在通信、雷达、电子对抗、电子测量中有着广泛的应用。解调对数放大器也称逐级检波对数放大器，它具有分段线性近似性质，形成对数级联后，可以得到很好的对数传递函数，在整个动态范围内对数精度高。

1 电路原理
这个接收机需要接收的是L波段的脉冲调制信号，灵敏度要求优于-90 dBm，动态范围80 dB，信号瞬态变化范围要求>60 dB，镜频抑制70 dB，有宽、窄两个通道，输出视频信号幅度要求≥3 V，窄通道输出视频信号信噪比>4：1，宽通道带宽为5 MHz，窄通道带宽0．5 MHz。脉冲信号的上升沿为2μs，脉冲宽度3．5μs，宽通道信号的上升沿为1 μs。
原理框图如图1所示。前端的高频部分，主要完成选频和镜频抑制功能，通道宽度30 MHz，对宽窄两个通道一致，放大量较小，在最大信号和最小信号时信号均不会限幅，预中放主要用来抵消混频损耗，信号经过后也不会阻塞。通道中心频率70 MHz，中频滤波器设置有两级，两级都采用声表面滤波器，对第一级带宽为5 MHz，两个通道公用，第二级单独对线性通道选用带宽0．5 MHz的声表面波滤波器，这个声表面滤波器的延时是5μs。

在第一级5 MHz滤波后分为宽窄两个通道，窄通道采用线性放大，宽通道采用解调对数放大器；从图1可以看出，宽带对数通道比窄带线性通道少一级声表面波滤波器，这级滤波器对信号有延时。根据这一点，可以发现，在最终视频信号输出时宽带信号和窄带信号在时间上是错开的，窄带信号滞后宽带信号5μs。信号相加的各点图形如图2所示。
图2中各点波形：(1)弱信号时线性通道输出视频波形；(2)弱信号时对数通道输出视频波形；(3)强信号时无加法器时线性通道输出视频波形；(4)强信号时有加法器时线性通道输出视频波形。
这样一来，将对数通道的输出信号在末级视放处和线性通道的视频信号通过加法器反向相加，在小信号时线性通道的信号比对数通道的信号强，两路信号相加后互不影响。当瞬间大信号到来时，一般的线性通道将会阻塞，脉冲会粘连在一起，使后续视频电路分辨不出应接收到的脉冲信号，无法产生AGC电压，设备将不能工作；此时对数通道具有的大动态特性，其通道不会阻塞。在本接收机中，对数通道的脉冲正好处于线性通道每个脉冲的前沿，通过反向相加，刚好把线性通道的脉冲分开，使得视频处理电路可以分辨出需要处理的脉冲信号，根据信号产生AGC电压，完成自动增益控制，输出幅度稳定的视频信号，供后续处理电路使用，这样就实现60 dB瞬态变化范围的要求。

2 结束语
根据本方案制作的接收机，经过调试线性通道，可以在输入信号-90～-10 dBm时保证输出脉冲不粘连、编码不变，满足后续电路使用要求。所设计接收机的优点在于充分利用了对数通道的大动态属性，扩展了线性通道的瞬态响应，这种方法对其他接收机的设计提供了一定的参考。