本發(fā)明屬于一種信號放大器，具體涉及一種高穩(wěn)限幅低脈沖展寬多普勒信號放大器。

背景技術(shù)：

脈沖多普勒雷達由于其具有較強抑制地物雜波干擾和測速能力，廣泛用于位置、速度檢測系統(tǒng)中。超視距雷達一般采用單脈沖比幅法測角，用多普勒信號處理技術(shù)完成對相對運動目標(biāo)的檢測。

脈沖多普勒雷達對地面目標(biāo)進行檢測的過程中，接收到的回波信號強度有大有小，對于小信號需進行放大，方便后續(xù)處理；對于大信號需進行限幅處理，防止燒毀后續(xù)電路。此外，脈沖多普勒信號經(jīng)限幅放大器處理后，脈沖寬度不能發(fā)生大的展寬，以免影響測速、測距精度。

傳統(tǒng)脈沖多普勒信號放大器的實現(xiàn)方式之一是信號輸入就進行限幅處理，然后采用多級放大，最后又采用限幅輸出，電路框圖如圖1所示。輸入限幅的作用是防止大信號輸入毀壞電路；放大電路一般采用低噪聲放大器，級數(shù)根據(jù)整體電路的增益大小確定；輸出限幅是為了進一步限制輸出信號幅度。但這種結(jié)構(gòu)的脈沖多普勒信號放大器存在以下問題：輸入限幅會降低檢測靈敏度；限幅輸出信號的穩(wěn)定性和一致性較差；輸出脈沖信號展寬較大。所以，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)脈沖多普勒信號放大器難以滿足整機系統(tǒng)的高精度、高靈敏度、大動態(tài)的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種新型的脈沖多普勒信號放大器，不僅解決傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)脈沖多普勒信號放大器靈敏度低、脈沖展寬大、限幅輸出信號穩(wěn)定和調(diào)試?yán)щy的問題，而且能夠很好地滿足整機接收系統(tǒng)對一致性的要求，便于批量生產(chǎn)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種高穩(wěn)限幅低脈沖展寬多普勒信號放大器，包括：低噪聲放大電路、第一限幅電路、緩沖放大電路、第二限幅電路及輸出放大電路，所述低噪聲放大電路、第一限幅電路、緩沖放大電路、第二限幅電路及輸出放大電路依次串聯(lián)連接，所述低噪聲放大電路、緩沖放大電路及輸出放大電路還均與電源相連；所述低噪聲放大電路用于接收一脈沖多普勒信號并對其進行放大處理，所述第一限幅電路用于接收經(jīng)過放大處理后的信號并對其進行限幅輸出，所述緩沖放大電路用于對第一限幅電路及第二限幅電路進行有效隔離，所述第二限幅電路用于對信號進行第二次限幅，以將脈沖多普勒信號峰峰值限制到指定值，所述輸出放大電路用于將經(jīng)過第二次限幅后的信號放大到需要的幅度。

其中，所述低噪聲放大電路包括第一至第三電容、三極管、第一至第四電阻，所述第一電容的一端與外部輸入端相連，另一端通過第二電阻接地，還依次通過第一電阻及第二電容與第一限幅電路相連，所述第一電阻與第二電阻之間的節(jié)點與三極管的基極相連，所述三極管的集電極連接于第一電阻與第二電容之間的節(jié)點，所述第一電阻與第二電容之間的節(jié)點還通過第四電阻與電源相連，所述三極管的發(fā)射極通過第三電阻接地，還直接通過第三電容接地。

其中，所述三極管為低功耗高頻三極管。

其中，所述第一限幅電路包括第一及第二二極管、第五電阻，所述第一二極管的陰極通過第五電阻與所述低噪聲放大電路的輸出端相連，陽極接地，所述第二二極管的陽極連接于第一二極管的陰極與第五電阻之間的節(jié)點，所述第二二極管的陰極接地，所述第二二極管的陽極還作為整個第一限幅電路的輸出端與緩沖放大電路相連。

其中，所述緩沖放大電路包括第一運算放大器、第六至第九電阻及第四電容，所述第一運算放大器的電源端與電源相連，接地端接地，正相輸入端通過第八電阻與電源相連，還通過第九電阻接地，所述第八電阻與第一運算放大器的正相輸入端之間的節(jié)點與第一限幅電路的輸出端相連，所述第一運算放大器的反相輸入端依次通過第四電容及第七電阻接地，還直接通過第六電阻與第一運算放大器的輸出端相連，所述第一運算放大器的輸出端作為整個緩沖放大電路的輸出端與第二限幅電路相連。

其中，所述第一運算放大器為寬帶低功耗及電流反饋型放大器。

其中，所述第二限幅電路包括第三至第六二極管及第十至第十三電阻，所述第三及第四二極管的陽極均通過第十二電阻與電源相連，所述第三二極管的陰極與第五二極管的陽極相連，所述第四二極管的陰極與第六二極管的陽極相連，所述第五二極管及第六二極管的陰極均通過第十三電阻接地，所述第三二極管與第五二極管之間的節(jié)點通過第十電阻與緩沖放大電路的輸出端相連，所述第四二極管與第六二極管之間的節(jié)點通過第十一電阻后作為整個第二限幅電路的輸出端與輸出放大電路相連。

其中，所述輸出放大電路包括第二運算放大器、第十四至第十七電阻及第五電容，所述第二運算放大器的電源端與電源相連，接地端接地，正相輸入端通過第十六電阻連接電源，還通過第十七電阻接地，反相輸入端通過第十四電阻與第二限幅電路的輸出端相連，還通過第十五電阻與第二運算放大器的輸出端相連，所述第二運算放大器的輸出端還直接通過第五電容后作為整個輸出放大電路的輸出端。

其中，所述第二運算放大器為寬帶低功耗及電流反饋型放大器。

本發(fā)明采用在三級放大器之間兩次限幅的方式對脈沖多普勒信號進行限幅，使限幅輸出信號能保持非常高的穩(wěn)定性，且不同電路之間的一致性也很好，基本不需調(diào)試，便于大批量生產(chǎn)。同時，本發(fā)明采用的運算放大器都為寬帶高速運算放大器，對脈沖多普勒信號的響應(yīng)時間極快，從而使脈沖展寬很小。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有的脈沖多普勒信號放大器的方框圖。

圖2是本發(fā)明一種高穩(wěn)限幅低脈沖展寬多普勒信號放大器的較佳實施方式的方框圖。

圖3是圖2中低噪聲放大電路的電路圖。

圖4是圖2中第一限幅電路的電路圖。

圖5是圖2中緩沖放大電路的電路圖。

圖6是圖2中第二限幅電路的電路圖。

圖7是圖2中輸出放大電路的電路圖。

圖8是圖2中高穩(wěn)限幅低脈沖展寬多普勒信號放大器的較佳實施方式的電路圖。

圖9是圖2中高穩(wěn)限幅低脈沖展寬多普勒信號放大器的較佳實施方式的仿真示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

請參考圖2所示，其為本發(fā)明所述的一種高穩(wěn)限幅低脈沖展寬多普勒信號放大器的較佳實施方式的方框圖。所述高穩(wěn)限幅低脈沖展寬多普勒信號放大器的較佳實施方式包括低噪聲放大電路1、第一限幅電路2、緩沖放大電路3、第二限幅電路4及輸出放大電路5。

所述低噪聲放大電路1、第一限幅電路2、緩沖放大電路3、第二限幅電路4及輸出放大電路5依次串聯(lián)連接，所述低噪聲放大電路1、緩沖放大電路3及輸出放大電路5還均與電源vcc相連。

本發(fā)明中，脈沖多普勒信號(輸入信號)通過耦合電容進入所述低噪聲放大電路1，然后信號進入第一限幅電路2，處理后的限幅輸出信號的幅度峰峰值為指定值。信號經(jīng)限幅電路后再進入所述緩沖放大電路3，所述緩沖放大電路3的增益較低，其主要作用是利用運放的高阻抗對第一限幅電路2及第二限幅電路4進行有效隔離。再后，信號進入所述第二限幅電路4進行第二次限幅，所述第二限幅電路4采用采用四個二極管結(jié)構(gòu)，能將脈沖多普勒信號峰峰值限制到指定值，且限幅輸出幅度基本保持不變，非常穩(wěn)定。最后，信號進入所述輸出放大電路5，放大到需要的幅度。本發(fā)明中，所述輸出放大電路5的放大倍數(shù)為29.9db。

請繼續(xù)參考圖3所示，所述低噪聲放大電路1包括隔直電容c1-c3、三極管q1、電阻r1-r4，所述電容c1的一端與外部輸入端in相連，另一端通過電阻r2接地，還依次通過電阻r1及電容c2與第一限幅電路2相連，所述電阻r1與r2之間的節(jié)點與三極管q1的基極相連，所述三極管q1的集電極連接于電阻r1與電容c2之間的節(jié)點，所述電阻r1與電容c2之間的節(jié)點還通過電阻r4與電源vcc相連。所述三極管q1的發(fā)射極通過電阻r3接地，還直接通過電容c3接地。

本實施方式中，所述三極管q1為低功耗高頻三極管，所述電阻r1-r4為偏置電阻，用于為三極管q1提供合適的靜態(tài)工作點，構(gòu)成低噪聲放大器，所述電容c3用于調(diào)整低噪聲放大器的下限截止頻率。

所述低噪聲放大電路1的工作原理如下：脈沖多普勒信號通過電容c1進入三極管q1的基極，使得所述三極管q1被導(dǎo)通，完成電流放大，放大后的信號從三極管q1的集電極通過電容c2輸出。在負(fù)載阻抗不變的條件下，放大器的增益受三極管q1的發(fā)射極上所串聯(lián)的電阻r3的影響較大：所述電阻r3的阻值越大，放大器的增益越低，反之亦然；但所述電阻r3的阻值越大，越能穩(wěn)定放大器的工作點。為解決這一問題，本發(fā)明中將電容c3與電阻r3并聯(lián)連接，由于電容c3對交流信號近似短路，從而即增大了放大器的增益，又保證了放大器的工作點穩(wěn)定。本實施方式中，所述電容c3稱為旁路電容，旁路電容的容值會影響放大器的下限截止頻率。

請繼續(xù)參考圖4所示，所述第一限幅電路2包括二極管d1及d2、電阻r5，所述二極管d1的陰極通過電阻r5與電容c2的另一端(整個低噪聲放大電路1的輸出端)相連，陽極接地，所述二極管d2的陽極連接于二極管d1的陰極與電阻r5之間的節(jié)點，所述二極管d2的陰極接地，所述二極管d2的陽極還作為整個第一限幅電路2的輸出端與緩沖放大電路3相連。本實施方式中，所述電阻r5為限流電阻，用于控制通過電流的大小。

所述雙向限幅電路2工作原理如下：脈沖多普勒信號通過限流電阻r5后轉(zhuǎn)換為電壓信號進入兩個反向并聯(lián)的高速開關(guān)二極管d1、d2，當(dāng)信號電壓高于二極管的節(jié)電壓0.6v時，所述二極管d2導(dǎo)通限幅；當(dāng)信號電壓低于-0.6v時，所述二極管d1導(dǎo)通限幅；當(dāng)信號電壓處于0.6v～-0.6v之間時，無限幅。

請繼續(xù)參考圖5所示，所述緩沖放大電路3包括運算放大器ic1、電阻r6-r9及電容c4，所述運算放大器ic1的電源端與電源vcc相連，接地端接地，正相輸入端通過電阻r8與電源vcc相連，還通過電阻r9接地，所述電阻r8與運算放大器ic1的正相輸入端之間的節(jié)點與第一限幅電路2的輸出端相連。

所述運算放大器ic1的反相輸入端依次通過電容c4及電阻r7接地，還直接通過電阻r6與運算放大器ic1的輸出端相連，所述運算放大器ic1的輸出端作為整個緩沖放大電路3的輸出端與第二限幅電路4相連。本實施方式中，所述運算放大器ic1為寬帶低功耗及電流反饋型放大器。所述電容c4用于調(diào)整整個緩沖放大電路3的下限截止頻率，所述電阻r6及r7用于調(diào)整整個緩沖放大電路3的增益大小，所述電阻r8及r9用于為整個緩沖放大電路3提供直流偏置。

所述緩沖放大器工作原理如下：脈沖多普勒信號由運算放大器ic1的正向端輸入，負(fù)反饋電阻r6與接地電阻r7對反饋信號進行分壓，控制輸出信號的大小。本實施方式中，所述電容c4為旁路電容，其容值會影響放大器的下限截止頻率。所述運算放大器ic1采用單電源供電，電阻r8、r9對電源分壓后為所述運算放大器ic1提供合適的靜態(tài)工作點，保證其穩(wěn)定工作。

請繼續(xù)參考圖6所示，所述第二限幅電路4包括四個二極管d3-d6及四個電阻r10-r13，所述二極管d3及d4的陽極均通過電阻r12與電源vcc相連，所述二極管d3的陰極與二極管d5的陽極相連，所述二極管d4的陰極與二極管d6的陽極相連，所述二極管d5及d6的陰極均通過電阻r13接地。所述二極管d3與二極管d5之間的節(jié)點通過電阻r10與緩沖放大電路3的輸出端相連，所述二極管d4與二極管d6之間的節(jié)點通過電阻r11后作為整個第二限幅電路4的輸出端與輸出放大電路5相連。

本實施方式中，所述二極管d3-d6為高速開關(guān)二極管，所述電阻r10及r11為負(fù)載電阻，用于調(diào)整信號的衰減量，所述電阻r12及r13為限流電阻，其用于控制流經(jīng)整個第二限幅電路4的電流，從而控制輸出限幅輸出幅度，同時為后續(xù)輸出放大電路5提供偏置電壓。

所述高穩(wěn)雙向限幅電路工作原理如下：所述二極管d3、d4、d5、d6連成橋式限幅電路，所述r10為輸入負(fù)載，所述r11為輸出負(fù)載，且限流電阻r12及r13的阻值相等。當(dāng)輸入電壓vin在vd≤vin≤vc范圍時，所述二極管d3、d5及d4、d6順次被加偏壓，全部二極管均導(dǎo)通，輸入信號與輸出信號一致；當(dāng)輸入電壓vin大于vc時，所述二極管d3截止，二極管d4的負(fù)極電壓接近vc；反之，若輸入電壓vin小于vd時，所述二極管d5截止，二極管d6的正極電壓接近vd，輸出電壓就被限制在vc與vd之間，達到限幅目的。

請繼續(xù)參考圖7所示，所述輸出放大電路5包括運算放大器ic2、電阻r14-r17及電容c5。所述運算放大器ic2的電源端與電源vcc相連，接地端接地，正相輸入端通過電阻r16連接電源vcc，還通過電阻r17接地，反相輸入端通過電阻r14與第二限幅電路4的輸出端相連，還通過電阻r15與運算放大器ic2的輸出端相連，所述運算放大器ic2的輸出端還直接通過電容c5后作為整個輸出放大電路5的輸出端。

本實施方式中，所述運算放大器ic2為高速寬帶電流反饋型放大器，所述電阻r15為反饋電阻，其與電阻r14一起配合調(diào)整整個輸出放大電路5的放大倍數(shù)，同時確定電路寬帶的高端頻率點，所述電阻r16與r17用于提供偏置電壓，所述電容c5位輸出隔直電容。

所述輸出放大電路工作原理如下：脈沖多普勒信號由運算放大器ic2的反相輸入端輸入，負(fù)反饋電阻r15與電阻r14構(gòu)成比例反饋網(wǎng)絡(luò)，控制輸出信號的大小。本實施方式中，所述運算放大器ic2采用單電源供電，電阻r16、r17對電源分壓后為運算放大器ic2提供合適的靜態(tài)工作點，保證其穩(wěn)定工作。

請繼續(xù)參考圖8所示，其為本發(fā)明所述的高穩(wěn)限幅低脈沖展寬多普勒信號放大器的較佳實施方式的電路圖，其示出了圖3-圖7中各個電路的連接關(guān)系。

請繼續(xù)參考圖9所示，其為本發(fā)明所述的高穩(wěn)限幅低脈沖展寬多普勒信號放大器的仿真結(jié)果圖。利用pspice軟件對本發(fā)明所示的電路原理圖進行仿真，在仿真過程中主要采用了以下步驟：電路的采用時域仿真；輸入正弦信號，幅度vpp為20mv，頻率f0為20mhz。

本發(fā)明的高穩(wěn)限幅低脈沖展寬多普勒信號放大器的電路實測結(jié)果圖和仿真結(jié)果一致，在工作溫度為-55℃～+125℃條件下，輸出幅度穩(wěn)定，脈沖展寬很小，溫度穩(wěn)定性非常好。

本發(fā)明的高穩(wěn)限幅低脈沖展寬多普勒信號放大器采用標(biāo)準(zhǔn)的smt(surfacemountingtechnology)或mcm(multi-chipmodule)工藝制造。

本發(fā)明采用在三級放大器之間兩次限幅的方式對脈沖多普勒信號進行限幅，使限幅輸出信號能保持非常高的穩(wěn)定性，且不同電路之間的一致性也很好，基本不需調(diào)試，便于大批量生產(chǎn)。同時，本發(fā)明采用的運算放大器都為寬帶高速運算放大器，對脈沖多普勒信號的響應(yīng)時間極快，從而使脈沖展寬很小。

以上僅為本發(fā)明的實施方式，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)，直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理在本發(fā)明的專利保護范圍之內(nèi)。