数据链中信道功放模块的设计

王璟

摘 要 数据链在军事领域的应用越来越广泛，数据链能够在各个用户间，依据共同的通信协议，使用自动化的无线电设备，传递、交换数据信息。数据链是获得信息优势，提高作站平台快速反应能力和协同作战能力，实现作战指挥自动化的关键设备。本产品为机载数据链的关键设备，在机载数据链起到信息的传输与调制作用。

【关键词】设计原理 流程 机载数据链

本模块包括接收通道、激励通道、频综单元、功率放大共4个部分。其中接收通道包含2路下变频通道，采用高本振两次变频，中频输出为AGC。激励通道包含一路上变频通道，同样采用高本振两次变频。频综单元包含了两个频率合成器单元，跳频本振与固定本振。固定本振功分为三路，为接收通道与发射通道提供固定第二本振。跳频本振为接收通道与发射通道提供第一本振。功率放大器是将激勵通道上变频的信号放大送天线发射。

接收通道分为两路，接收A和接收B，其电路结构完全相同。天线接收到信号，通过环形器后进入接收单元。进入接收单元首先经过预选滤波器，对镜像、本振和中频泄漏进行抑制。进入选通开关，根据信号幅度选择放大或是直通，再经过一级滤波器进入混频器，射频信号由两次变频滤波，下变到中频信号，在每次变频之后还要经过滤波器、放大器、滤波器对信号进行优化。此后通过一级AGC，以满足动态范围120dB，输出电平为-10dBm±2dBm的指标要求。

1 接收通道原理

接收通道需要有120dB的动态输入，在射频前端的STC可以有40dB的动态切换，所以在中频部分也需要有80dB动态的AGC电路。本方案拟选用AD公司的AD8367，该单片自带检波系统，可以很好的进行AGC放大。一个单片可以有40dB的AGC控制，接收部分使用两只串联可以达到80dB动态控制。

2 激励通道原理

激励通道输入**MHz信号，可以根据输入信号带宽由外部引入2条控制线，控制选择相应带宽的滤波器通过，信号经过开关进入第一级混频器，与频综单元中的固定本振频率信号进行混频，混频器输出变频后的信号，还有不需要的杂散。

由于发射通道要求是线性放大的通道，所以需要有数控衰减器对发射通道的增益进行微调，数控衰减器由外部LVTTL电平直接控制衰减值的大小。

3 频综单元原理

晶振选用100MHz，通过功分器，分成4路，一路输出给外部，一路分给跳频本振作为参考，一路分给单片机作为时钟，一路分给固定本振作为参考，固定本振由单片机给出的控制信号来提供变频器需要的本振频率，经过放大和功分给出三路信号，再分别经过滤波和放大输入给接收和激励通道的变频器；跳频本振由单片机给出的控制信号来提供变频器需要的本振频率，经过放大和功分给出三路信号，再分别经过滤波和放大输出给接收和激励通道的变频器。加入滤波器和放大器是为了提高通道之间的相互隔离。

4 功放单元原理

天线选择时，通过两个独立功放单元的切换实现，通过输入端的天线切换开关在两路独立功放之间切换实现此功能。两路功放单元完全对称，现就一路做简要分析：

射频放大单元包括3级放大，第一级为放大单片，该单片工作在甲类状态，提供高增益的同时具有良好的线性。第二级，末级分别为LDMOS微波功率管，之所以采用LDMOS功率管是因为该功率管工作在甲乙类状态，具有良好的微波特性。

由于LDMOS具有以上特性，工作结温更低（低热阻），工作稳定性更好（低反馈），抗烧毁能力更强，因而可靠性更高，LDMOS的MTBF（失效平均时间）相对于其它类型的功率管明显改善。

末级环形器采用无源铁氧体材料微带结构，该器件通过功率大，差损小，隔离度高，驻波良好，性能稳定，结构小，便于安装。如图1所示。

逻辑控制及静态偏置单元包括静态偏置单元和逻辑控制单元。

逻辑控制单元主要是利用数字电路与非，通过一定的工作模式实现对功率管开关电控制的方式来实现。数字电路是以二进制逻辑代数为数学基础，使用二进制数字信号，既能进行算术运算又能方便地进行逻辑运算。以二进制为基础的数字电路，电源电压的小的波动对其没有影响，具有抗干扰能力强、集成度高、体积小、功耗低、响应时间快等特点。

5 指标分析

5.1 接收通道动态范围（带内）：120dB

当输入电平从-115dBm到5dBm，保证输出电平：-10dBm±2dBm，此指标以AGC实现，在射频前端的STC可以有40dB的动态切换，所以在中频部分也需要有80dB动态的AGC电路。本方案拟选用AD公司的AD8367，该单片自带检波系统，可以很好的进行AGC放大。一个单片可以有40dB的AGC控制，AGC的建立时间为5μs，接收部分选用两只串联可以达到80dB动态控制。

5.2 功放输出高电压驻波比保护

功放输出端加入环形器，利用对环形器第三端功率检测，当输出电压驻波比过大时，从环形器第三端耦合的功率就会相应变大，通过检波器检出电压，利用和比较器参考电压的比较，输出一个高低电平，经过一个非门做反，此信号和功放的使能信号进行逻辑与，当超过要求值时，功放断电保护，停止工作。这样可以保证功放输出开路，短路时功放不损坏。

5.3 功放热保护电路

本电路利用温度探测器件，对盒体温度的监测输出一个电压值，和预先设置好的电压值经过比较器进行比较。预置参考电压值对应过热保护的最大温度值。当盒体温度超过要求最大值时，温度探测器件输出电压将大于预置参考电压，比较器输出高电平，然后和其它故障信号进行逻辑与，一但其中一路故障信号为故障高电平。此时功放断电保护，停止工作。

6 小结

本文主要对机载数据链中的收发通道进行研究，其次，对模块实施细节中涉及到的各单元简单介绍，结合应用的需要对模块中的关键技术突破进行阐述，并采用仿真软件进行仿真分析和优化设计，对通道动态范围、发射通道保护等关键指标的实现进行详细论证。

参考文献

[1]魏冬.基于极化信号处理的射频功放能效优化研究[D].北京邮电大学，2013.

[2]何宁波.面向线性化功放的基带数字预失真系统设计[D].电子科技大学，2012.

[3]游伟，郭道省，易旭.无线信道中功放非线性失真补偿技术研究[J].无线通信技术，2016（01）：11-16.

作者单位

中国电子科技集团公司第十研究所 四川省成都市 610036