超外差多通道探測接收系統多使用功率分配器而共用同一本振源，功率分配器的分配均勻性和帶寬大小將對該系統的性能產生影響。因而在設計功分器之前，對多通道系統測試并分析相關性能指標的變動對整個系統的影響就顯得尤為重要；與此同時，測試所得的關于保證系統性能的指標要求對系統中相關器件的設計也有很大的指導意義。

1、陣列多通道超外差接收系統原理分析

在毫米波超外差接收系統中，多個接收通道需要多個超外差混頻器，使用單個本振源，通過功分器對其等分至各通道的本振輸入口而無需每個混頻器都配備本振源，降低了系統成本和載荷。波導功分器有損耗小，功率容量大等優點，主要應用在在高功率容量、低損耗要求的場合，在毫米波系統中經常被使用。

陣列多通道分諧波混頻接收系統原理結構圖如下圖所示。射頻信號由天線接收，經低噪放放大后進入混頻器，混頻后的中頻信號經濾波、檢波、采集便可得到直流電壓信號。系統考慮載荷、成本等因素，使用一個本振源經功分器等分而給每個混頻器提供本振信號。

圖1、陣列多通道超外差接收系統原理結構圖

微波本振源對直流電源精度有較高要求，當直流電源不滿足要求，會使本振源的輸出功率和頻率偏離標定值。由于本振源信號先經由本振功率分配器等分，之后的輸出信號到達各混頻器的本振輸入端口為其提供本振信號，此刻每個通道的混頻器的性能受本振端口輸入信號的差異而造成的影響可歸于功率分配器的性能對混頻器的影響。

在絕對零度以上的物體在整個電磁波譜范圍內能夠都會向外輻射電磁能量，被動接收系統可設計器件的工作頻率以接收其任意頻段輻射的能量。毫米波波段本振源為波導諧振式微波源，諧振中心頻點可能會因為外加直流電流的不穩定而有一定的偏移量。在射頻信號頻率有一定帶寬的情況下，本振頻率發生漂移，與本振頻率對應的雙邊帶也會相應發生偏移。

因而，為了保持系統中各通道的指標一致，所用功率分配器要求等分均勻性、一致性誤差盡可能小；同時，具有一定帶寬可以為本振源的頻率偏差對混頻性能的影響提供一定的冗余保證。

2、測試

搭建超外差單通道接收系統，通過微調本振源的輸出功率和工作頻率以模擬功分器的輸出功率分配及帶寬對系統的影響。射頻信號和本振信號選擇Farran公司94GHz、49.5GHz微波源，射頻、本振信號源以及W波段低噪放由TRADEX的LPS202A直流穩壓電源供電，混頻后的中頻信號接入檢波器。在其他條件保持不變的條件下，改變本振源的輸出功率和工作頻率并記錄相對應的檢波輸出結果。測試系統原理及實物圖如下所示。

圖2、實驗測試單通道系統搭建

圖3、本振功率變化時的輸出結果變化測試

圖4、本振頻率變化時的輸出結果變化測試

由上述結果可以看出，本振源以功率為7dBm、頻率49.5GHz為基準而增減變動，當本振功率的變動為0.2dB、0.5dB、1dB時，輸出結果變動小于0.1dB、0.36dB、0.46dB；本振頻率在49GHz~49.8GHz范圍內變動時，輸出結果差異小于0.26dB，以49.5GHz為中心增減0.5GHz而給輸出結果帶來的結果差異小于0.6dB。通過上述實驗數據可知，在毫米波多通道系統中，為了保證個通道性能的一致性，要確保直流供電電源的精度，以保證微波信號源自身信號的純度和輸出功率的穩定，這樣對系統的影響會降低。

測試結果匯整如下表所示。

	輸出功率不均勻性（dB）	通道影響（dB）
測試	0.2	≤0.1
	0.5	＜0.36
	1	＜0.46

表1、輸出不一致性影響

	輸出端口功率等分帶寬（GHz）	通道影響（dB）
測試	fc-0.3~fc+0.3	＜0.26
	fc-0.5~fc+0.5	＜0.6

表2、頻率漂移影響

由表中匯總的結果可知，功分器輸出功率不均勻性在小于0.5dB時，給通道性能帶來的影響較小；輸出端口功率等分帶寬為中心頻率處+/-0.3GHz時，對通道影響較小。由此可以得出，功率分配器的功率輸出分配差異小于0.5dB、輸出帶寬為中心頻率處+/-0.3GHz時，對系統性能影響最小。

3、結論

在毫米波超外差單通道接收系統中，通過微調本振源的輸出功率和工作頻率以模擬功分器的輸出功率分配及帶寬對多通道系統的性能影響，測試得到的該變化值為系統中功率分配器功率分配和分配帶寬等指標要求提供了設計參考和指導。與此同時，該方法也為獲得實際多通道系統中功分器性能要求提供了有效且節約成本的新思路。

作者：中國航天空氣動力技術研究院  丁青

參考文獻

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本文刊登于微波射頻網旗下《微波射頻技術》雜志 2016無線射頻專刊，未經允許謝絕轉載。