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摘 要：无线通信系统中，由于信号传输距离和外部环境的影响，信号的大小是不断变化的。为了解决接收机接收信号的大动态范围，防止信号饱和的问题，提出了一种在L波段上使用集成VGA单片，在中频波段上使用检波器，利用高性能的有源混频器进行频率变换，实现了具有AGC功能的下变频器。
关键词：VGA AGC 下变频器 L波段
中图分类号：TN77 文献标识码：A 文章编号：1007—3973（2012）009—047—02
1 引言
无线通信系统中，接收机的作用就是将天线馈源送过来的微波信号进行放大，选择所需要的信号，将信号由射频变换到解调器可以接受的中频，并且将信号电平控制在一个相对固定得。传统的接收机中，负责频率变换的下变频器和负责信号电平控制的自动增益控制（AGC）电路是相对独立的。下变频器在前，AGC在后，而且AGC都是在中频信号上实现的。针对不同的系统，接收机的接收信号变化范围可能会很大，最强信号与最弱信号相差可以达到几十分贝。这个变化范围称为接收机的动态范围。为了防止强信号饱和，需要增大接收机的动态范围，而仅靠中频AGC 电路，往往很难达到目的。
根据某通信设备的使用特点，设计了在射频信号上实现AGC功能的L波段下变频器，配合中频AGC使用，可以有效地增大接收机的动态范围，满足系统的技术需求。
2 器件的选择
2.1 可变增益放大器（VGA）
可变增益放大器选用AD公司的单片ADL5330。ADL5330是一款宽带电压可变增益放大器，内部集成了可控放大器与可控衰减器，额定工作频率范围为10MHz至3GHz。该器件可以在60 dB范围内提供精密线性dB增益控制，衰减约为—40dB，增益约为+20dB。在60 dB范围内设置增益或衰减时，需要0至1.4 V的增益控制输入电压。ADL5330可提供高线性度输出功率，可以应用到收发信机的射频或中频功率控制电路中。
2.2 检波器
检波器AD8318是一款解调对数放大器，能够将RF输入信号精确地转换为相应的dB标度输出电压。该器件可用测量模式或控制器两种模式工作。对于1MHz至6GHz信号，它能保持精确的对数一致性，并能在最高8 GHz下工作。典型输入范围为60dB，误差小于€？dB。AD8318的响应时间为10ns，能够检测45MHz以上的RF突发脉冲。
2.3 混频器
混频器选用Linear公司的有源下变频混频器LT5522。LT5522专为电缆和无线在内的高线性度下变频应用设计。该芯片包括一个用于驱动双平衡混频器的高速差分LO缓冲放大器。LO缓冲器被内部匹配成宽带单端方式，无需外部匹配。RF输入端口包括一个集成RF变压器，并被内部匹配到1.2GHz到2.3GHz的频带内，且无需外部组件。采用一个分流电容器或电感器可将RF输入匹配分别下移至600MHz或上移至2.7GHz。
3 L波段下变频器的设计
L波段下变频器的技术指标：
根据一般的设计AGC的模式，ADL5330和AD8318联合使用时一般采取图1所示的使用方式。这种方式输入信号和输出信号是同样的频率。如果将其放置在射频部分，由于射频通道是宽带的，进入的干扰信号也会被检波器检测到，AGC对于有用信号有时会失去作用，或性能降低。如果将其放置在中频部分，又会降低设备在大信号时的接收能力。
考虑到上述情况，设计L波段下变频器原理框图如图2所示。射频滤波器负责选取1GHz到2GHz频带内的宽带信号。VGA对预选后的信号进行放大或衰减。混频器LT5522将射频信号变频到固定中频70MHz。LT5522的转换增益在0dB左右，本振输入功率在—5dB左右，本振输入端口到中频信号输出端口的信号泄露小于—49dBm。固定中频70MHz有利于利用中频滤波器滤除通过宽带的射频滤波器进来的干扰信号和本振泄露。中频信号经过功分器后，一路输出，一路送入AD8318的检测端口。这里AD8318配置成控制器模式，通过检测输入的中频信号，向VGA提供控制电压，并提供VOUT引脚的测量输出。在这种模式下，设定点控制电压作用于VSET引脚。经过内部反馈环路通过VOUT实现闭合，其输出将放大器的输出调节至与VSET相对应的幅度。从而实现整个下变频器的AGC功能。
AGC的响应时间取决于AD8318的响应时间，可以通过AD8318的5脚CLPF处连接的电容来调整。电容的选取利用以下公式计算：
4 L波段变频器测试
对于设计的L波段下变频器调试优化后进行了测试。通过调整A8318的VSET管脚的输入电压，设定射频频率1.5GHz时，最后中频输出信号的电平值在+15dBm。此时，射频信号的输入电平在—53dBm到2dBm范围之内均连续可控。而在整个射频带宽内测试中频输出信号的电平输出波动小于2dB。中频信号使用的30MHz带宽带内波动小于0.5dB。AGC响应时间约20us。整个下变频器的三阶互调在AGC可控的范围内约为20dBc，当射频信号变小，超出AGC的控制范围时，此指标会达到大于40dBc。以上指标在设备采用的BPSK和QPSK解调方式下完全满足要求。
5 结束语
L波段下变频器采用了在射频信号通路上放置VGA，在中频信号通路上放置检波器，利用检波器产生的电压控制VGA的工作状态来构成了有效的AGC回路，实现了射频信号电平大小的控制。VGA和混频器均采用了高性能高集成度的单片电路，实现了下变频器的模块的小型化。
参考文献：
[1] 李良.微波宽带自动增益控制技术研究[D].电子科技大学，2007.
[2] 张志刚.90dB大动态范围可控AGC系统及其在雷达远程测量平台中的应用[D].上海交通大学，2009.
关键词：VGA AGC 下变频器 L波段
中图分类号：TN77 文献标识码：A 文章编号：1007—3973（2012）009—047—02
1 引言
无线通信系统中，接收机的作用就是将天线馈源送过来的微波信号进行放大，选择所需要的信号，将信号由射频变换到解调器可以接受的中频，并且将信号电平控制在一个相对固定得。传统的接收机中，负责频率变换的下变频器和负责信号电平控制的自动增益控制（AGC）电路是相对独立的。下变频器在前，AGC在后，而且AGC都是在中频信号上实现的。针对不同的系统，接收机的接收信号变化范围可能会很大，最强信号与最弱信号相差可以达到几十分贝。这个变化范围称为接收机的动态范围。为了防止强信号饱和，需要增大接收机的动态范围，而仅靠中频AGC 电路，往往很难达到目的。
根据某通信设备的使用特点，设计了在射频信号上实现AGC功能的L波段下变频器，配合中频AGC使用，可以有效地增大接收机的动态范围，满足系统的技术需求。
2 器件的选择
2.1 可变增益放大器（VGA）
可变增益放大器选用AD公司的单片ADL5330。ADL5330是一款宽带电压可变增益放大器，内部集成了可控放大器与可控衰减器，额定工作频率范围为10MHz至3GHz。该器件可以在60 dB范围内提供精密线性dB增益控制，衰减约为—40dB，增益约为+20dB。在60 dB范围内设置增益或衰减时，需要0至1.4 V的增益控制输入电压。ADL5330可提供高线性度输出功率，可以应用到收发信机的射频或中频功率控制电路中。
2.2 检波器
检波器AD8318是一款解调对数放大器，能够将RF输入信号精确地转换为相应的dB标度输出电压。该器件可用测量模式或控制器两种模式工作。对于1MHz至6GHz信号，它能保持精确的对数一致性，并能在最高8 GHz下工作。典型输入范围为60dB，误差小于€？dB。AD8318的响应时间为10ns，能够检测45MHz以上的RF突发脉冲。
2.3 混频器
混频器选用Linear公司的有源下变频混频器LT5522。LT5522专为电缆和无线在内的高线性度下变频应用设计。该芯片包括一个用于驱动双平衡混频器的高速差分LO缓冲放大器。LO缓冲器被内部匹配成宽带单端方式，无需外部匹配。RF输入端口包括一个集成RF变压器，并被内部匹配到1.2GHz到2.3GHz的频带内，且无需外部组件。采用一个分流电容器或电感器可将RF输入匹配分别下移至600MHz或上移至2.7GHz。
3 L波段下变频器的设计
L波段下变频器的技术指标：
根据一般的设计AGC的模式，ADL5330和AD8318联合使用时一般采取图1所示的使用方式。这种方式输入信号和输出信号是同样的频率。如果将其放置在射频部分，由于射频通道是宽带的，进入的干扰信号也会被检波器检测到，AGC对于有用信号有时会失去作用，或性能降低。如果将其放置在中频部分，又会降低设备在大信号时的接收能力。
考虑到上述情况，设计L波段下变频器原理框图如图2所示。射频滤波器负责选取1GHz到2GHz频带内的宽带信号。VGA对预选后的信号进行放大或衰减。混频器LT5522将射频信号变频到固定中频70MHz。LT5522的转换增益在0dB左右，本振输入功率在—5dB左右，本振输入端口到中频信号输出端口的信号泄露小于—49dBm。固定中频70MHz有利于利用中频滤波器滤除通过宽带的射频滤波器进来的干扰信号和本振泄露。中频信号经过功分器后，一路输出，一路送入AD8318的检测端口。这里AD8318配置成控制器模式，通过检测输入的中频信号，向VGA提供控制电压，并提供VOUT引脚的测量输出。在这种模式下，设定点控制电压作用于VSET引脚。经过内部反馈环路通过VOUT实现闭合，其输出将放大器的输出调节至与VSET相对应的幅度。从而实现整个下变频器的AGC功能。
AGC的响应时间取决于AD8318的响应时间，可以通过AD8318的5脚CLPF处连接的电容来调整。电容的选取利用以下公式计算：
4 L波段变频器测试
对于设计的L波段下变频器调试优化后进行了测试。通过调整A8318的VSET管脚的输入电压，设定射频频率1.5GHz时，最后中频输出信号的电平值在+15dBm。此时，射频信号的输入电平在—53dBm到2dBm范围之内均连续可控。而在整个射频带宽内测试中频输出信号的电平输出波动小于2dB。中频信号使用的30MHz带宽带内波动小于0.5dB。AGC响应时间约20us。整个下变频器的三阶互调在AGC可控的范围内约为20dBc，当射频信号变小，超出AGC的控制范围时，此指标会达到大于40dBc。以上指标在设备采用的BPSK和QPSK解调方式下完全满足要求。
5 结束语
L波段下变频器采用了在射频信号通路上放置VGA，在中频信号通路上放置检波器，利用检波器产生的电压控制VGA的工作状态来构成了有效的AGC回路，实现了射频信号电平大小的控制。VGA和混频器均采用了高性能高集成度的单片电路，实现了下变频器的模块的小型化。
参考文献：
[1] 李良.微波宽带自动增益控制技术研究[D].电子科技大学，2007.
[2] 张志刚.90dB大动态范围可控AGC系统及其在雷达远程测量平台中的应用[D].上海交通大学，2009.