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[摘 要]针对传统的回波接收机中增益控制曲线线性度差，无法保证在整个增益控制过程中保持稳定性及实现宽增益范圍调节的问题，提出一种基于AD8368芯片的高灵敏度回波接收机系统，解决了宽动态范围下信号增益的高线性度控制问题，实现了快速、稳定的自动增益控制，从而保证接收机小信号下的高灵敏度，提高系统的接收灵敏度。
[关键词]中频放大器；AD8368；线性控制
中图分类号：TS149 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）32-0220-01
引言
回波接收机是雷达系统的重要组成部分，它的主要功能是对天线接收到的微弱回波信号进行放大、变频、滤波，同时抑制来自外部的干扰、杂波以及噪声，使信号保持尽可能多的目标信息。但在辐射功率、作用距离和传输衰减等综合影响下，使得回波接收机所接收到的信号在很大范围内变化，回波信号幅度的变化范围高达几千倍，有时甚至可能会超过10亿倍，因此，回波接收机通常会设置自动增益控制电路，使接收机的增益随信号的强弱而进行调整。在接收弱信号时保证接收机具有足够高的增益以保证远距离目标的观测；在接收强信号时接收机的增益随信号的增强而降低，以保证接收机及跟踪系统处在正常工作状态。
受制于模拟器件的本身特性，传统的回波接收机中所使用的可控增益放大电路控制曲线一般为抛物线形式，线性度较差，无法保证在整个增益控制过程中保持建立时间的稳定性及实现宽增益范围调节。本文设计了一种基于AD8368芯片的高灵敏度回波接收机系统，实现了增益的高线性度控制。
1 硬件概述
AD8368是ADI公司出品的一款可变增益放大器，由可变衰减器、固定增益放大器和输出缓冲器组成，工作频率范围由低频至800MHz，能够实现增益控制过程中的高度一致性和平坦度。AD8368存在两种工作模式：
1）当MODE脚接低（0V）时，控制电压越小，增益越小；当MODE脚接低，同时使用内部的均方根检波器时，增益随着控制电压的减小逐步递减，能实现一个完整的闭环AGC；
2）当MODE脚接高（5V）时，控制电压越大，增益越高，是一个典型的VGA工作方式。
AD8368的增益与控制电压VG成线性关系，在0-1V的范围内，增益可控范围由-12dB至+22dB，共34dB。
2 系统设计
2.1 原理组成
该回波接收机系统主要由低噪声放大器、混频器、可控增益放大器、带通滤波器等组成。
天线接收回波信号后经低噪声放大器进行放大，与本振信号进行混频、滤波后，经过三级可控增益放大器放大处理后，输出给后级数字电路进行信息提取。
2.2 硬件电路设计
AD8368详细电路设计中，为扩大接收机系统的接收动态范围，选用三级芯片级联使用，动态范围不小于100dB，工作模式采用第一种方式，即自闭环控制模式（MODE引脚接地），将第三级放大器芯片的输出信号（OUTP引脚）反馈到检波器的输入端（DETI引脚），第三级放大器检波输出的控制电压（DETO引脚）连接到三级芯片的受控端（GAIN引脚），同步控制三级放大器的增益。
由于系统要求动态范围不小于90dB，增益不小于75dB，因此采用三级AD8368芯片级联工作，其增益高于90dB，为防止高增益引起系统的自激振荡，设计过程中在芯片间增加了滤波电路。但是由于系统末级输出噪声较大，会影响芯片的检波精度，特别是在弱信号的宽带系统中，输出信噪比很差，使得检波器对信号功率检测值存在较大偏差，而由于芯片本身对控制电压的快速响应特性，导致控制电压产生较大波动，最终影响输出信号归一化电平的稳定性。因此在设计时，综合考虑环境因素影响后，将系统增益降低在80dB，归一化电平为0dBm，使得弱信号情况下噪声开始起控，降低噪声起伏对芯片检波的干扰。
AD8368芯片默认输出信号电平有效值为63mV，通过调整输出端与DECL引脚之间的电阻RL以及与DETI引脚之间的电阻RI的数值，可以改变输出信号归一化电平，其换算公式为：
Vout=（1+R1/R2）×63mV
本系统中输出归一化电平设计为0dBm，亦即224mV有效值，本设计中取RL=130Ω，RI=51Ω。
3 测试结果分析
测试数据详见表1，电路中AD8368芯片采用了三级级联工作的工作方式，中频输入信号电平范围为-70dBm～+10dBm，测得AD8368芯片的控制电压值与通道增益曲线。系统中采用了GAINUP模式，随着输入信号电平的增大，控制电压逐步减小。
从测试数据可以看出，该放大器较好地满足了系统高灵敏度的设计要求，在信号近90dB的动态范围内，输出归一化波动在0.5dB以内，控制线性度优，很好的保证在整个增益控制过程中建立时间的稳定性及宽增益范围调节的实现。控制特性曲线详见图5。
由测量结果可知，所设计接收机系统能够将接收到的微弱信号放大，利用三级AD8368级联设计的方式，实现了输入信号在较大范围内波动时，其增益能随之做适应性变化，保持输出电平电平幅度稳定不变，使得后级基带信号处理单元能够较好的完成信信息的提取，系统稳定时间得到了提高，满足系统快速稳定的要求。该设计有以下优势：
——与传统模拟AGC电路相比，采用AD8368芯片的方式，响应时间迅速，可以实现高线性度的增益控制特性，增加系统稳定性；
——由于单只芯片的动态范围有限，系统需要采用多级芯片级联的方式实现大动态范围控制，设计过程中需充分考虑空间隔离及级间匹配，合理布局，避免出现自激振荡；
——该芯片端口阻抗为50Ω，电路设计简单，降低了调试难度，避免了阻抗不匹配带来的驻波大及反射损耗等问题。
4 结束语
随着雷达技术的不断进步，AGC的性能的好坏直接影响接收机系统的功能。AD8368芯片有着很高的集成度，能够实现良好的控制线性度，应用电路简单，使用方便，保证了在整个增益控制过程中建立时间的稳定性。
[关键词]中频放大器；AD8368；线性控制
中图分类号：TS149 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）32-0220-01
引言
回波接收机是雷达系统的重要组成部分，它的主要功能是对天线接收到的微弱回波信号进行放大、变频、滤波，同时抑制来自外部的干扰、杂波以及噪声，使信号保持尽可能多的目标信息。但在辐射功率、作用距离和传输衰减等综合影响下，使得回波接收机所接收到的信号在很大范围内变化，回波信号幅度的变化范围高达几千倍，有时甚至可能会超过10亿倍，因此，回波接收机通常会设置自动增益控制电路，使接收机的增益随信号的强弱而进行调整。在接收弱信号时保证接收机具有足够高的增益以保证远距离目标的观测；在接收强信号时接收机的增益随信号的增强而降低，以保证接收机及跟踪系统处在正常工作状态。
受制于模拟器件的本身特性，传统的回波接收机中所使用的可控增益放大电路控制曲线一般为抛物线形式，线性度较差，无法保证在整个增益控制过程中保持建立时间的稳定性及实现宽增益范围调节。本文设计了一种基于AD8368芯片的高灵敏度回波接收机系统，实现了增益的高线性度控制。
1 硬件概述
AD8368是ADI公司出品的一款可变增益放大器，由可变衰减器、固定增益放大器和输出缓冲器组成，工作频率范围由低频至800MHz，能够实现增益控制过程中的高度一致性和平坦度。AD8368存在两种工作模式：
1）当MODE脚接低（0V）时，控制电压越小，增益越小；当MODE脚接低，同时使用内部的均方根检波器时，增益随着控制电压的减小逐步递减，能实现一个完整的闭环AGC；
2）当MODE脚接高（5V）时，控制电压越大，增益越高，是一个典型的VGA工作方式。
AD8368的增益与控制电压VG成线性关系，在0-1V的范围内，增益可控范围由-12dB至+22dB，共34dB。
2 系统设计
2.1 原理组成
该回波接收机系统主要由低噪声放大器、混频器、可控增益放大器、带通滤波器等组成。
天线接收回波信号后经低噪声放大器进行放大，与本振信号进行混频、滤波后，经过三级可控增益放大器放大处理后，输出给后级数字电路进行信息提取。
2.2 硬件电路设计
AD8368详细电路设计中，为扩大接收机系统的接收动态范围，选用三级芯片级联使用，动态范围不小于100dB，工作模式采用第一种方式，即自闭环控制模式（MODE引脚接地），将第三级放大器芯片的输出信号（OUTP引脚）反馈到检波器的输入端（DETI引脚），第三级放大器检波输出的控制电压（DETO引脚）连接到三级芯片的受控端（GAIN引脚），同步控制三级放大器的增益。
由于系统要求动态范围不小于90dB，增益不小于75dB，因此采用三级AD8368芯片级联工作，其增益高于90dB，为防止高增益引起系统的自激振荡，设计过程中在芯片间增加了滤波电路。但是由于系统末级输出噪声较大，会影响芯片的检波精度，特别是在弱信号的宽带系统中，输出信噪比很差，使得检波器对信号功率检测值存在较大偏差，而由于芯片本身对控制电压的快速响应特性，导致控制电压产生较大波动，最终影响输出信号归一化电平的稳定性。因此在设计时，综合考虑环境因素影响后，将系统增益降低在80dB，归一化电平为0dBm，使得弱信号情况下噪声开始起控，降低噪声起伏对芯片检波的干扰。
AD8368芯片默认输出信号电平有效值为63mV，通过调整输出端与DECL引脚之间的电阻RL以及与DETI引脚之间的电阻RI的数值，可以改变输出信号归一化电平，其换算公式为：
Vout=（1+R1/R2）×63mV
本系统中输出归一化电平设计为0dBm，亦即224mV有效值，本设计中取RL=130Ω，RI=51Ω。
3 测试结果分析
测试数据详见表1，电路中AD8368芯片采用了三级级联工作的工作方式，中频输入信号电平范围为-70dBm～+10dBm，测得AD8368芯片的控制电压值与通道增益曲线。系统中采用了GAINUP模式，随着输入信号电平的增大，控制电压逐步减小。
从测试数据可以看出，该放大器较好地满足了系统高灵敏度的设计要求，在信号近90dB的动态范围内，输出归一化波动在0.5dB以内，控制线性度优，很好的保证在整个增益控制过程中建立时间的稳定性及宽增益范围调节的实现。控制特性曲线详见图5。
由测量结果可知，所设计接收机系统能够将接收到的微弱信号放大，利用三级AD8368级联设计的方式，实现了输入信号在较大范围内波动时，其增益能随之做适应性变化，保持输出电平电平幅度稳定不变，使得后级基带信号处理单元能够较好的完成信信息的提取，系统稳定时间得到了提高，满足系统快速稳定的要求。该设计有以下优势：
——与传统模拟AGC电路相比，采用AD8368芯片的方式，响应时间迅速，可以实现高线性度的增益控制特性，增加系统稳定性；
——由于单只芯片的动态范围有限，系统需要采用多级芯片级联的方式实现大动态范围控制，设计过程中需充分考虑空间隔离及级间匹配，合理布局，避免出现自激振荡；
——该芯片端口阻抗为50Ω，电路设计简单，降低了调试难度，避免了阻抗不匹配带来的驻波大及反射损耗等问题。
4 结束语
随着雷达技术的不断进步，AGC的性能的好坏直接影响接收机系统的功能。AD8368芯片有着很高的集成度，能够实现良好的控制线性度，应用电路简单，使用方便，保证了在整个增益控制过程中建立时间的稳定性。