一種零中頻直流對(duì)消的電路及方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于模擬信號(hào)處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種對(duì)零中頻接收機(jī)在中頻端進(jìn)行直流對(duì)消，實(shí)時(shí)去除混頻時(shí)產(chǎn)生的直流分量的電路及方法。本發(fā)明通過(guò)實(shí)時(shí)消除連續(xù)波變頻后產(chǎn)生的直流分量，使中頻信號(hào)只剩交流分量，從而能夠提供足夠的增益，將零中頻信號(hào)放大至適合A/D轉(zhuǎn)換器采集的范圍。
【專利說(shuō)明】一種零中頻直流對(duì)消的電路及方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于模擬信號(hào)處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及ー種對(duì)零中頻接收機(jī)在中頻端進(jìn)行直流對(duì)消，實(shí)時(shí)去除混頻時(shí)產(chǎn)生的直流分量的電路及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]零中頻接收機(jī)的基本工作原理是:射頻信號(hào)和與其載波頻率相同的本振，經(jīng)過(guò)ー次下變頻直接變頻至零中頻，然后經(jīng)過(guò)放大和低通濾波提取出零中頻信號(hào)內(nèi)的有用信號(hào)。
[0003]與傳統(tǒng)的超外差接收機(jī)相比，零中頻接收機(jī)的射頻信號(hào)沒(méi)有鏡像頻率，不需要鏡像抑制濾波器。變頻后的基頻信號(hào)在低頻(一般低于10kHz)，放大電路使用普通的運(yùn)算放大器即可，濾波器的設(shè)計(jì)也更加簡(jiǎn)單，對(duì)ADC的精度和采樣率的要求也有所降低。這樣大大降低了接收機(jī)設(shè)計(jì)的要求，同時(shí)體積和功耗也顯著降低。
[0004]在這些優(yōu)點(diǎn)之外，零中頻接收機(jī)存在一個(gè)必須解決的問(wèn)題。下變頻的過(guò)程中，如果射頻信號(hào)與本振的頻率相同，則直接被變頻至直流。零中頻接收機(jī)變頻產(chǎn)生的信號(hào)是直流分量與射頻信號(hào)所攜帯的有用信號(hào)(下變頻后變?yōu)榱阒蓄l的交流分量)的疊加，這些直流分量會(huì)使放大電路飽和，導(dǎo)致有用信號(hào)無(wú)法被放大。因此，直流分量的消除是零中頻接收機(jī)的關(guān)鍵。
[0005]直流分量問(wèn)題的主要來(lái)源包括:接收機(jī)接收到的目標(biāo)反射回波，本振泄露以及本振在混頻器電路的多次反射，同頻帶干擾信號(hào)等。
[0006]目前主要的直流對(duì)消技術(shù)包括射頻對(duì)消、數(shù)字對(duì)消、交流耦合等。射頻對(duì)消是在接收通道引入一路額外信號(hào)，其相位與空間泄露信號(hào)相反，幅度基本相等，當(dāng)2個(gè)信號(hào)相疊加時(shí)，使得泄露信號(hào)功率減小。數(shù)字對(duì)消是用ADC采集中頻信號(hào)，對(duì)中頻的直流分量進(jìn)行累計(jì)，得到直流分量后減去對(duì)應(yīng)的直流分量。交流耦合是在中頻端加隔直電容去直流。射頻對(duì)消需考慮多種來(lái)源的射頻成分，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。數(shù)字對(duì)消在ADC采集數(shù)據(jù)前需考慮直流分量放大飽和的問(wèn)題，無(wú)法提供足夠的增益。交流對(duì)消有很大的局限性，只適用于中頻信號(hào)頻率較高，因?yàn)殡娙莸奶匦允恰白柚绷鳎ń涣鳌保绷餍盘?hào)無(wú)法通過(guò)隔直電容，有用信號(hào)頻率越低，通過(guò)隔直電容后信號(hào)損失越大。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]針對(duì)【背景技術(shù)】的不足，本發(fā)明提供了ー種在中頻端進(jìn)行直流對(duì)消的方法及電路，實(shí)時(shí)消除連續(xù)波變頻后產(chǎn)生的直流分量，使中頻信號(hào)只剩交流分量，從而能夠提供足夠的増益，將零中頻信號(hào)放大至適合Α/D轉(zhuǎn)換器采集的范圍。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種零中頻直流對(duì)消的方法，其特征包括如下步驟:
步驟一:將接收信號(hào)變頻至零中頻；
步驟二:零中頻信號(hào)經(jīng)加法器抬高電平，然后功分為兩路，一路經(jīng)有效值轉(zhuǎn)換器檢出直流分量送至差分放大器，另一路直接送至差分放大器，兩路信號(hào)經(jīng)差分放大器輸出差值，得到消去直流分量后的零中頻信號(hào)。
[0009]如上所述的零中頻直流對(duì)消的方法，其特征在于:所述步驟ニ中加法器的具體方法為:基于運(yùn)算放大器組建加法器電路，為零中頻信號(hào)増加0.7V的直流分量。其有益效果是:避免零中頻信號(hào)出現(xiàn)負(fù)電壓。
[0010]如上所述的零中頻直流對(duì)消的方法，其特征在于:所述步驟ニ中差分放大器的具體方法為:使用運(yùn)算放大器組建差分放大器，采用高精度電阻搭建差分放大器的平衡電橋以降低誤差，放大倍數(shù)為1。
[0011]ー種零中頻直流對(duì)消的電路，包括電壓跟隨器1、加法器、電壓跟隨器I1、電壓跟隨器II1、有效值轉(zhuǎn)換電路、差分放大器。零中頻信號(hào)輸入電壓跟隨器I。加法器的輸入端與電壓跟隨器I的輸出端相連，輸出端與電壓跟隨器II和電壓跟隨器III相連。電壓跟隨器II的輸出端與差分放大器的同相輸入端相連。電壓跟隨器III的輸出端與有效值轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連，有效值轉(zhuǎn)換電路的輸出端與差分放大器的反相輸入端相連。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:實(shí)時(shí)消除下變頻后產(chǎn)生的所有直流分量，使零中頻信號(hào)只剩交流分量，這樣能夠通過(guò)后級(jí)放大器為零中頻信號(hào)的交流分量提供足夠的增益，避免直流分量導(dǎo)致放大時(shí)放大器飽和。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明零中頻直流對(duì)消的原理框圖；
圖2為應(yīng)用本發(fā)明的連續(xù)波雷達(dá)系統(tǒng)組成框圖。
[0014]
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行進(jìn)一歩的詳細(xì)描述。
[0016]如圖1所示為本發(fā)明零中頻直流對(duì)消技術(shù)的原理框圖。下變頻后產(chǎn)生的零中頻信號(hào)直接輸入電壓跟隨器I，然后通過(guò)加法器抬高零中頻的電平約0.7V，再功分為兩路，一路直接送至差分放大器，另一路送至有效值轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成直流送至差分放大器。兩路信號(hào)經(jīng)差分放大器進(jìn)行減法運(yùn)算，得到零中頻信號(hào)的交流分量，即有用信號(hào)。
[0017]電壓跟隨器I的輸入端直接連接下變頻混頻器的中頻輸出端ロ，因電壓跟隨器的輸入阻抗可視為無(wú)窮大，可以使混頻器的中頻端輸出信號(hào)最大程度傳輸至后級(jí)。
[0018]加法器的輸入端連接電壓跟隨器I的輸出端，其作用是為零中頻信號(hào)加ー個(gè)直流分量，抬高零中頻信號(hào)電平，避免零中頻信號(hào)出現(xiàn)負(fù)電壓。根據(jù)測(cè)試，電壓有效值約0.7V時(shí)有效值轉(zhuǎn)換器的精度最高，因此直流分量取約0.7V。
[0019]加法器后，信號(hào)分為兩路，各經(jīng)過(guò)ー個(gè)電壓跟隨器進(jìn)行緩沖，這樣的好處是降低兩路信號(hào)之間的相互影響。一路信號(hào)經(jīng)過(guò)電壓跟隨器II后，經(jīng)有效值轉(zhuǎn)換器，輸入差分放大器。另一路信號(hào)經(jīng)過(guò)電壓跟隨器III后，直接輸入差分放大器。
[0020]有效值轉(zhuǎn)換器用來(lái)轉(zhuǎn)換出信號(hào)的有效值。對(duì)于正弦波與直流疊加的信號(hào)，沒(méi)有負(fù)電壓時(shí)，信號(hào)的有效值等于直流的電壓值。因此，有效值轉(zhuǎn)換器輸出的電壓值即為零中頻信號(hào)的直流分量。本發(fā)明方案選用LTC1966，其轉(zhuǎn)換誤差低于0.25%，
使用運(yùn)算放大器組建差分放大電路，其平衡電橋采用高精度電阻(不低于1%精度)以降低誤差。放大倍數(shù)設(shè)置為1，這樣的好處是平衡電橋使用的各個(gè)電阻值相等，易于匹配。
[0021]差分放大器后，輸出信號(hào)為兩路信號(hào)之差。由于有效值轉(zhuǎn)換器輸出的為另一路的直流分量，經(jīng)過(guò)差分放大器，輸出即不含直流分量的中頻信號(hào)。
[0022]ー種零中頻直流對(duì)消技木，適用于需要去除下變頻產(chǎn)生的直流分量的零中頻雷達(dá)系統(tǒng)。
[0023]如圖2所示為應(yīng)用本發(fā)明直流對(duì)消技術(shù)的連續(xù)波雷達(dá)系統(tǒng)組成框圖，由發(fā)射天線、接收天線、頻率綜合器、接收機(jī)、信號(hào)處理、監(jiān)控終端組成。頻率綜合器提供射頻激勵(lì)信號(hào)由發(fā)射天線發(fā)射，并耦合出一路信號(hào)經(jīng)過(guò)移相器后作為本振送至接收機(jī)。接收天線接收到的信號(hào)送至接收機(jī)，輸出零中頻信號(hào)的交流分量送至信號(hào)處理。信號(hào)處理對(duì)采集的交流分量進(jìn)行分析和計(jì)算，得到目標(biāo)信息，由監(jiān)控終端顯示。
【權(quán)利要求】
1.ー種零中頻直流對(duì)消的方法，其特征包括如下步驟: 步驟ー:將接收信號(hào)變頻至零中頻； 步驟ニ:零中頻信號(hào)經(jīng)加法器抬高電平，然后功分為兩路，一路經(jīng)有效值轉(zhuǎn)換器檢出直流分量送至差分放大器，另一路直接送至差分放大器，兩路信號(hào)經(jīng)差分放大器輸出差值，得到消去直流分量后的零中頻信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的零中頻直流對(duì)消的方法，其特征在于:所述步驟ニ中加法器的具體方法為:基于運(yùn)算放大器組建加法器電路，為零中頻信號(hào)増加0.7V的直流分量，其有益效果是:避免零中頻信號(hào)出現(xiàn)負(fù)電壓。
3.如權(quán)利要求1或2所述的零中頻直流對(duì)消的方法，其特征在于:所述步驟ニ中差分放大器的具體方法為:使用運(yùn)算放大器組建差分放大器，采用高精度電阻搭建差分放大器的平衡電橋以降低誤差，放大倍數(shù)為1。
4.ー種零中頻直流對(duì)消的電路，包括電壓跟隨器1、加法器、電壓跟隨器I1、電壓跟隨器II1、有效值轉(zhuǎn)換電路、差分放大器，零中頻信號(hào)輸入電壓跟隨器I，加法器的輸入端與電壓跟隨器I的輸出端相連，輸出端與電壓跟隨器II和電壓跟隨器III相連，其特征在于:電壓跟隨器II的輸出端與差分放大器的同相輸入端相連，電壓跟隨器III的輸出端與有效值轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連，有效值轉(zhuǎn)換電路的輸出端與差分放大器的反相輸入端相連； 所述的零中頻信號(hào)直接輸入電壓跟隨器I，然后輸入加法器，從加法器后分為兩路，一路經(jīng)電壓跟隨器II緩沖后送至差分放大器，另一路經(jīng)電壓跟隨器III緩沖后送至有效值轉(zhuǎn)換器得到有效值再送至差分放大器，兩路信號(hào)經(jīng)差分放大器進(jìn)行減法運(yùn)算，得到零中頻信號(hào)的交流分量。
【文檔編號(hào)】H04L25/06GK103457623SQ201310355188
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月15日
【發(fā)明者】沈金成, 韓喆, 苑鳳雨 申請(qǐng)人:武漢濱湖電子有限責(zé)任公司