小型化數字測頻接收機

摘要：本文介紹了AD公司的RF／IF相位和幅度測量芯片AD8302，并以此芯片為核心，組合功分器、延遲線和FPGA芯片設計了瞬時測頻接收機，改進了傳統的設計方案。依照設計制作了測頻系統，并對系統整體性能進行了測試，測試結果表明本系統可以準確測量1．4～2．0 GHz范圍內的信號，測頻精度為10 MHz。
關鍵詞：瞬時測頻；相位差；AD8302；鑒相器

在現代戰爭中，雷達技術得到了廣泛應用。對雷達信號頻率進行快速、準確的測量具有重要意義。瞬時測頻(IFM)接收機是變換法測頻接收機的一種，能在短時間內迅速測量目標信號的頻率，它首先把信號的頻率信息轉化為相位，通過對相位的測量間接計算被測信號頻率。
本文的IFM接收機采用AD公司產品AD8302進行設計，通過FPGA對采集的相位信息進行運算，進而得到目標信號的頻率。實驗結果表明本系統具有良好的測頻性能。

1 AD8302的性能及原理
AD8302是AD公司推出的用于測量兩路輸入信號的相位差及幅度比的單片集成電路，頻率范圍可從低頻到2.7GHz。單片AD8302集成了精密匹配的2個對數檢波器，一個相位檢波器，輸出放大器組和一個偏置單元等。圖1是AD8302的功能框圖，可以從中看出該芯片的組成及功能。

AD8302主要有信號的幅度比測量、相位測量和電平比較3種工作方式，信號輸入范圍為-60～0 dBm(50 Ω系統)。用作幅度測量時，輸入信號動態范圍可達60 dB，單片相位測量范圍為180°。AD8302幅度和相位測量模式電路連接如圖2所示。在本系統中，我們用到AD8302的相位輸出電壓，相位比較器的輸出與輸入端VINA和VINB之間的關系為
VPHS=-RRIQ|φ(VINA)-φ(VINB)|-90°+VCP (1)
當AD8302的VHPS管腳與PSET相連接時，(1)式中RRIQ為10 mV／°，VCP是中心點電壓，為900 mV對應90°相位。φ(VINA)和φ(VINB)分別為兩端口輸入信號的相位。

AD8302在不同相位差情況下的電壓輸出結果見圖3。從中可以看出。在-180°～+180°范圍內，輸出的結果是0～+1.8V直流電壓。但是這會引入模糊的測量結果，比如在+90°和-90°相位差情況下電壓輸出均為+0．9 V，無法判斷正確結果。文中設計采用兩片AD8302同時工作，將目標信號通過功分器、延遲線、90°耦合器后產生不同的相位延遲，通過比較兩路AD8302的電壓值來計算正確頻率。

2 測頻接收機的設計與實現
被測信號經過長度為L的延遲線后，會產生△φ=2π·f·L／c的相位延遲，其中c為被測信號在延遲線中的傳播速度，可見其頻率f與△φ成比例關系。因此，通過測量相位差就可以計算目標信號頻率。

IMF接收機的結構如圖4所示。被測信號經過功分器1分成兩路，兩路信號經過不同的延遲線之后，一路通過90°耦合器后分別進入兩片AD8302輸入端，另一路通過功分器2后再進入AD8302，所有的信號進入AD8302時均需AC耦合。這樣兩片AD8302輸出的相位電壓值所對應的相位正好相差90°，對兩路電壓值進行AD采樣，將所得數據在FPGA內部進行處理以計算正確頻率。