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对数放大器选择方法
来源:武华科技   发布时间:2012-08-26  浏览数:3694    【收藏本页】

一、对数放大器介绍

        对数放大器是输出信号幅度与输入信号幅度呈对数函数关系的放大器件。现代接收机系统输入信号的动态范围很宽,输入信号接近于噪声电平时,要求接收机在检波之前有足够高的增益,而当输入信号很大时,高增益又会带来严重失真。因此,接收机面临如何处理输入信号大幅度变化的问题。
        连续信号或事实上接近连续的信号(AM、单边带调制信号等),可以用自动增益控制(AGC)系统进行处理。频率是重要的信号(FM信号),通常可以用高增益限幅中频放大器进行处理。但是典型的雷达和电子对抗(ECM)接收机处理的是具有高度随机性和时间很短的脉冲信号。在这些系统中,AGC环路的使用受到了限制,而限幅放大器又消除了重要的脉冲高度信息,解决此问题的办法是使用对数放大器。在雷达应用中对数放大器另外一个优点,是对数放大器能够从众多目标中(包扩有用和干扰,例如雨滴等),所造成的“杂乱回波”中分离出希望的信号。70~80dB的输入动态范围通过对数作用将输出动态范围压缩到20dB左右。雷达和ECM接收机系统设计者通常要在三种类型的对数放大器中进行选择,即检波对数放大器(DLVA),连续检波对数放大器(SDLVA)、及真对数放大器(TLA)。
1、检波对数视频放大器(DLVA)
 检波对数视频放大器(DLVA)能够处理最宽的输入频率范围。在这类对数放大器中,射频检波在对数作用之前进行。处理的带宽主要受检波器性能的限制。这种电路能使DLVA提供极宽频率范围信号的幅度信息。所花的代价是损失了这些信号的频率信息。DLVA通常应用在原始射频频率直接送入放大器而无需进行下变频的场合。具体例子有相控阵天线或测向接收机。(附图1)。
 DLVA又可分为直流耦合型、交流耦合型或伪直流耦合。
当电路为了响应一个连续波信号而需要直流输出时,DLVA就采用直流耦合型。在某些情况不需要或不希望响应连续波信号,这时DLVA可采用交流耦合或伪直流耦合(直流免疫)。应指出“伪直流”指的是这样一类电路,它们对输入信号起直流耦合作用但又可防止漂移发生。伪直流耦合(直流免疫)对连续波信号的真正直流响应是不可能达到的,但在某一时间周期内却可近似达到。

2、连续检波对数放大器(SDLVA)
 与DLVA的相同点是SDLVA保留了信号的幅度信息。不同点是可在不同的端口实现中频限幅,经过放大、限幅后输入一个不失真的IF信号。所以,SDLVA既保留了信号的幅度信息,又保持了信号的频率信息。SDLVA在雷达和ECM系统中是应用较为普遍的一种对数放大器。工作电平下限可到输入噪声,而高端可处理高达几伏的输入信号。该电路的唯一缺点是在检波过程中失去了IF信号的相关信息。SDLVA的带宽比DLVA的窄,通常用在信号通过下变频器以后再送入放大器的场合。SDLVA多用于雷达导弹寻的系统,在雷达测高计、信标以及搜索、营救、跟踪及摧毁目标等方面均有应用。
3、真对数放大器(TLA)
 真对数放大器(TLA)保存频率但幅度取对数,因此,TLA输出是既有幅度又有频率分量的信号。TLA中没有检波级。除去对数放大作用外,TLA的输出与输入是一样的。TLA是这三种对数放大器中频率范围最窄的。它通常用在下变频之后,或者输入信号原来就在低频时。真对数放大器常用在与声有关的用途方面。其中包括探测鱼雷用的声纳,敌我识别系统、低截获概率雷达和导航应答器中。这些用途中均需要对数处理后保留信号的频率信息。

二、指标定义

1、输入动态范围Dynamic Range(dBm)
 对数精度可以满足要求的输入信号范围。对数放大器的输入动态范围可以小至45dB,或大至80dB,一般我们把动态为45dB以下的称之为小动态或单通道,动态45dB以上称之大动态或双通道。
2、输入频率范围Freq. Range(GHz)
 可以满足所需电参数的输入信号的频率范围。
3、输入驻波比VSWR
 输入驻波比表示对数放大器输入与系统阻抗(DLVA一般为100Ω)的匹配程度。由于阻抗失配不仅能影响对数放大器,而且能影响系统其它互连元件的性能。
4、对数斜率Log Slope(mV/dB)
 对数斜率是输出电压变化与输入功率变化之比。对数斜率通常用每分贝毫伏来表示。通常把传送曲线内各个测量点连成的“最佳拟合”直线的斜率看成是输出斜率。通常为50mV/dB,用户可自定义(取决于系统进行信号处理时所需量化精度的要求或输出电压范围的要求)。
5、输出电压范围Video out(mV)
 输入功率范围对应输出电压范围。例如,输入范围为-50~+5dBm可能相当于输出范围为0~2V直流电压。
 输出电压范围(mV)=输入动态范围(dB)ⅹ对数斜率(mV/dB)
 给定其中的任何两个,就可确定第三个。通常是规定输入动态范围和对数斜率,因此输出范围是能够求出的。

6、对数精度Log Linearity(dB)
这个术语定义了对数曲线对“最佳拟合”直线的最大偏移。对数精度的误差我们也称之为线性度误差,其体现的是对数放大器在输入信号为同频但不同功率下的输出误差情况。通常在室温以及温度范围的最热和最冷测量这个参数。(图2)中表示了对数斜率和对数精度。图中中间曲线是对数放大器的对数精度误差分布曲线,从坐标的右轴可看出在70dB的动态范围内对数精度保持±1dB内。图中的斜线的斜率即为对数斜率,也可从坐标的左边找出其所对应的电压值,通常对数放大器线性度测试点为三个(最低频率点、最高频率点和中间频率点)。

7、视频输出平坦度Flatness(dB)
        表示在指定的频率范围内(坐标的X轴),对数放大器视频输出的电压波动,其误差主要受放大器的增益平坦度,检波器的平坦度的影响。平坦度的误差主要体现的是对数放大器在同功率而不同频率下的输出误差。通常我们所说的DLVA多只一致性主要是指视频输出的平坦度一致性。其实从严格意义上来讲,一致性包括了同频不同功率和同功率不同频率的两种情况。图中的三个近似直线(实际上是曲线)是对视放大器在三个不同的输入功率下视频输出的电压,从坐标左轴可得到其相应的电压,图中,中间的三个曲线是对应这三个不同输入功率下的平坦度误差分布曲线,从坐标的右边可看出其最大的误差情况。

8、最大输入功率Maximum CW  Input(dBm)
    对数放大器能承受而不会损坏的最大功率。
9、最小脉冲宽度Miximum Pluse(nS)
 这个测量值表示对数放大器响应短持续时间脉冲的能力。
10、切线灵敏度Tss(dBm)
 这个指标用来表示包括检波在内的各系统的门限信号灵敏度。这种测量一般在DLVA和SDLVA的视频输出端进行。最初,切线灵敏度定义为使输出基线偏离直线至它与输出噪声峰值相等或与它相切时所需的最小脉冲信号。切线灵敏度是检波器性能以及检波后噪声系数和带宽的函数。
11.、输出直流偏移电压offset (mV)
 指对数检波放大器在加电但无信号输入条件下放大器输出端的视频残留信号。实际上输出直流偏移电压直接影响对数放大器的稳定时间和稳定性。只有将直流偏置始终控制在一定的范围内才能保证对数检波放大器在全温范围内和较短的时间达到稳定的状态,而不至影响整个系统的工作灵敏度。
12、基线噪声Base Noise(mV)
 指DLVA的自身的热噪声,与频率无关,是白噪声。与温度和视频带宽有关。
13、匹配负载Road
 指对数放大器输出级的带负载能力,通常为50Ω或100Ω。
14、恢复时间Recovery time(nS)
 对数放大器恢复时间是指脉冲通过放大器后,增益完全恢复所需的时间。最常见的定义是在第二个脉冲测量结果达到给定精度之前两个脉冲之间所需的时间长度。为了模拟电子干扰环境的最坏条件,第一个脉冲通常规定有高幅度,而第二个脉冲电平低得多。通常的标准是第二个脉冲有1dB误差。恢复时间也可以定义为去掉输入信号之后,对数放大器的输出下降到其原始值的某一小百分比以内时所需的时间。
15、上升时间Rise Time &下降时间Falling time(nS)
上升时间通常定义为,输入脉冲电压给定时视频输出脉冲前沿从其最终值的10%变至90%所需的时间。下降时间输入脉冲电压给定时视频输出脉冲后沿从其最终值的90%变至10%所需的时间。上升时间和下降时间通常是对DLVA和SDLVA测量的。

二、对数放大器特点

1、模块化
 对数放大器包括射频及视频部分,分别实现了视频和射频的模块化,使得生产过程和产品交付更迅速。
2、体积小,外形灵活
    由于在微波射频部分大量了使用混合集成组装工艺,同时在视频印制板使用多层工艺,使得DLVA的体积更小,还可根据您的要求定制各种外形来满足客户使用的需要。
3、自动化测试
DLVA在生产过程中及高低温测试中均采用自动化测试,同时可提供线性度误差和平坦度误差两种误差的图形和数据。保证产品在生产过程更迅速、检验更科学、数据的保留更方便,产品的一致性更好。
4、温补特性好
 DLVA对数放大器要满足从-55℃~+85℃全温下的指标就必须采用温补。对数放大器均采用射频补偿和视频补偿结合运用的方式,在-55℃~+85℃的温度范围内分别对射频的增益和视频的直流偏置进行控制及补偿,从而使DLVA做到全温度范围的高稳定度。
5、电流小
低功耗的大动态DLVA,其射频部分使用FET管匹配电路放大模块,尤其在6-18G相对于使用MMIC模块,其电流在相同技术指标的情况下减少了1/4,使得DLVA在批量使用时功耗最小。