摘 要：本文介绍了低噪声可变增益放大器AD603在电离层斜向返回探测系统(IOBSS)中的应用。通过引入以AD603为核心的放大电路，改善了雷达系统接收回波信号的信噪比，提高了雷达的信号处理能力。
关键词：IOBSS；AD603；可变增益；低噪声
概述
IOBSS系统按天线的工作模式可分为收发分开和收发共用两种体制，收发分开体制是接收和发射各占用一部天线，两者异地独立安装；收发共用体制是接收和发射交替使用同一部天线，本文采用收发共用体制。在这种体制中，由于雷达的接收和发射以时分方式共用一个天线，因此发射机和接收机不能同时工作。为了切换天线的工作状态和保护接收机，必须用一个天线开关来控制接收机和发射机的状态(见图1)。在发射机开始发射时，使接收机前端处于关断状态；在发射结束后，打开接收机进行接收，接收机接收完毕后再关断接收机，然后才能打开发射机再次发射探测信号，如此周而复始。因此，电子天线开关成为这种体制的雷达系统中一个重要的组成部分。
AD603介绍
在雷达的接收系统中，需要对接收信号进行解调、整形和放大。但是如果采用单一的增益放大，便会将有用信号与噪声同时放大，对提高接收信号的信噪比没有明显的效果。因此需要设计一种能够自动“识别”接收回波中的有用信号与噪声，然后分别进行放大和衰减的电子开关。
AD603具有低噪声、高频带宽度和稳定性能好的特点，最重要的是它还具有电压控制的可变增益功能，可实现在电子开关中对有用信号和噪声的分别处理。
AD603主要有三种连接方式。在IOBSS中设计的雷达开关采用AD603的工作模式1，即将VOUT与FDBK短路，为宽频带模式，带宽为90MHz，增益为-11.07dB~+31.07dB，其增益计算公式为：Gain(dB) =40VG+10。
AD603对雷达开关的改进
AD603应用于IOBSS雷达系统开关
IOBSS雷达开关是电子开关，原理是通过时序信号TR控制接收机的打开与关闭。当接收机关闭，发射机工作时，由于电子开关的隔离度不严格为零，所以会有微弱地波信号进入接收机。由于地波的强度很大，而接收回波中有用信号的功率通常很小，所以微弱的地波也会对接收回波的信噪比产生显著的影响，从而降低接收机的信号处理能力。
通常的雷达开关后级的放大器部分都是对接收回波进行单一的放大，其结果是有用信号、噪声以及地波都得到了相同的放大。为了进一步改善接收信号的信噪比，本文选用低噪声可变增益放大器AD603。
由AD603的工作原理可知，只要在雷达开关后面加上一级由AD603组成的放大级，通过电压控制便可得到不同的增益值。当接收机关闭，有地波漏入时，AD603增益为负，相当于一个衰减器；当接收机打开，接收回波信号时，AD603增益为正，成为传统的放大级，放大回波信号，这样可有效提高回波信号的信噪比。
IOBSS雷达系统开关电路如图2所示，两块由受控电子开关MAX4566级联后组成雷达开关的前级，每个引脚接上负载进行阻抗匹配。TR为时序控制信号，与控制接收机的时序同步。INPUT是接收回波输入端，与接收机相连。VCC=±5V。通过前级开关的回波信号从OUT1端送出，进入AD603的输入端VINP，VG是增益控制电压，取值为-500mV~+500mV，OUT为AD603输出端，经过改善了信噪比的回波信号从这里送入到下一级。
在本系统中，通过计算，当AD603作为衰减器时，采用VG=-500mV，此时增益为-10dB；当AD603进行正常放大时，采用VG=-100mV，此时增益为6dB。因此在输出端的输出信号对前级就有了16dB的增益改善。若需要更大的增益改善，只需在额定范围内增大VG的值即可。
问题与解决
由于AD603的灵敏度很高，有40dB/V，因此增益控制端GPOS、GNEG上所加的电压必须非常稳定，否则将造成放大器增益不稳定，从而增大放大器的噪声。因此，在电路中引入基准电源与精密电阻组成的电路，以解决电压稳定性问题。
基准电压源电路由MAX6125与MAX828组成(见图3)。MAX6125是电压基准源，能够在输入电压范围为+2.7~+12.5V时得到2.5V的精密输出电压。由于AD603所需要的控制电压是负电平，因此在MAX6125后加上由MAX828构成的电荷泵倒相器，得到-2.5V的精密输出电压。再利用精密电阻进行适当的分压即可得到所需负控制电平。
由于所需增益控制电压为毫伏级，不属于标准TTL电平，因此不能用TR直接控制，需加一级选择器。选择器采用MAX4556，这也是受控电子开关。通过用TR控制选择器选通不同的控制电压，达到TR控制AD603的目的。
测试结果
本文设置INPUT输入信号频率为40MHz，相当于雷达系统工作时接收信号的频率。波形为正弦波。首先使TR保持在高电平状态，即AD603处于正常放大的工作状态，测试得到结果如表1所示。
然后使TR保持在低电平状态，即AD603处于衰减器的工作状态，测试得到结果如表2所示。
需要注意的是，当TR为低电平的时候，因为此时开关前级关闭，所以测试时输入信号直接接在AD603的VINP端；而当TR为高电平时，前级开关打开，测试时输入信号接在前级开关的INPUT端，此时，由于前级开关存在一定的差损，所以AD603的输出电压比正常情况下低。
结语
由测试结果可知，AD603在TR的控制下可以很好地进行放大与衰减工作。将AD603运用在雷达系统中，可以得到相对于原来信噪比16 dB的改善。只需在额定范围内改变MAX4556的NO1与NC1上的电压，就能得到不同的信噪比改善。需要注意，在+5V供电情况下，加在输入端VINP的额定电压有效值应为±1V，峰值为±1.4V，最大不得超过±2V。
可见，通过使用AD603对IOBSS雷达系统开关的改进，使雷达的信号处理能力有一定的提高，增强了系统的适用性和稳定性。■
参考文献
1 ANALOG DEVICE, INC, Low noise, 90MHz, Variable-gain Amplifier AD603, 2000
2 MAXIM, Force-Sense Switches, MAX4556, 2000
3 ANALOG DEVICE, INC, Amplifier Reference Manual, 1996