王阴雨
（南京电子技术研究所，江苏南京，210039）
0 引言
在当前数字阵雷达系统中，频率源产生时钟信号和本振信号，经由各开关组件、功分网络送至雷控、定时和天线阵面等系统[1]，组件或电缆的故障会造成信号无法正常传输，而对各个节点射频信号功率的检测是定位、排除故障的常规手段。在雷达阵面系统调试、维护过程中，一般会配置频谱仪作为射频信号检测用，但因信号测试点一般位于雷达天线车上较高位置，空间受限，操作既不方便也不安全，并且相对于频谱仪昂贵的价格，长期仅作为雷达阵面调试或外场维护时的检测仪表，利用率和性价比都比较低，故针对雷达阵面射频信号检测需求，设计一款具备便携性、易用性、经济性的射频信号检测模块。
1 总体设计
当前雷达阵面调试维护时涉及的射频信号主要是时钟信号和本振信号[2]。时钟信号频率一般在100MHz 左右；本振信号的频率范围则较宽，可分为一本振、二本振，覆盖了P、L、S 等频段。信号的功率在各个节点有所不同：时钟信号从频率源输出时功率一般要求大于10dBm，经过射频电缆传输至雷控和定时系统时大概为5dBm，传输给阵面时钟放大功分器时大概在0dBm。本振信号至各开关组合和功分网络时功率一般要求在5～10dBm。信号形式方面，时钟信号为连续波，本振信号可分为连续波形式的工作本振和脉冲调制形式的激励本振。综合雷达阵面射频信号在频率、功率和信号形式方面的要求，便携式阵面射频信号自动检测模块的主要设计指标参数如下：
（1）频率检测范围：100MHz～6GHz
（2）功率检测范围：-10dBm～10dBm
（3）脉宽检测范围：10us～CW
（4）输入阻抗：50Ω
（5）射频接口：SMA
（6）电源接口：USB
便携式阵面射频信号自动检测模块采用USB 接口+5V供电，可使用移动电源供电，既保证了便携性，也解决了天线车上使用交流电不便的困难，由HE112 检波器实现射频功率检波到TTL 电平输出，通过555 集成定时器、CD4017计数器、CD4066 开关的组合电路实现检测门限自动调节功能，根据检测到的功率强度自动点亮对应的LED 发光二极管，读出功率值。工作流程图如图1 所示。
图1 工作流程图
2 电路设计
便携式阵面射频信号自动检测模块由射频检波电路、检测门限自动调节电路、信号输出指示、电源接口四部分组成。电路原理图如图2 所示。
■2.1 射频检波电路
射频检波电路选用中国电科第十三研究所生产的HE112 检波器（U1），主要利用二极管检波器和宽带匹配技术的原理，将微波信号变为低频信号，再与设定的门限基准电平进行比较判定后，转换为TTL 电平输出。HE112将射频微波电路和数字电路技术结合在一起，在很小的体积内实现了从模拟信号到数字信号的转换过程[3]。HE112检波器内部具有温度补偿失真小，+5V@5mA 的静态低功耗，可检测脉冲宽度从0.2μs 到连续波的射频信号，检测频率从100MHz～6GHz 的宽频带信号，输入功率检测范围为-10dBm～15dBm，性能参数可以满足当前雷达阵面调试维护时对P、L、S 频段各时钟、本振信号的检测要求。检波电路工作原理见图3。
图3 检波电路工作原理图
HE112 检波器为SP-3 全密封金属封装，1 脚接门限调节电阻，2 脚为射频信号输入端，3脚接地，4脚为空，5 脚为TTL 电平输出端，6 脚接+5V 供电。管脚定义见图4。
图4 HE112 型检波器管脚定义
HE112 检波器通过调节Rth 电阻值实施比较门限控制，Rth 调节电阻阻值范围在90Ω～5kΩ之间。调节电阻与输入功率关系曲线见图5。
图5 调节电阻与输入功率关系曲线
HE112 检波器输入功率与频率关系曲线如图6 所示，由图可知在100MHz～6GHz 的大带宽范围内，高中低频点间的起伏控制在2dBm 以内，具有较好的一致性。
图6 输入功率与频率关系曲线
■2.2 检测门限自动调节电路
检测门限自动调节电路由555 定时器、CD4017 计数器和CD4066 开关构成。
在HE112 检波器的1脚连接了2 个CD4066 开关（U4、U5），每 个CD4066开关内部由4 组相互独立的低阻抗模拟开关组成，2 个CD4066 构成8 组开关连接了8 个不同阻值的调节电阻（R1～R8），每组开关有一个控制信号连接CD4017计数器（U3）的Q0～Q7输出，控制信号为高电平时，该路开关呈导通状态[4]。CD4066 集成电路逻辑如图7 所示。
图7 CD4066 开关逻辑图
集成电路NE555（U2）是一种中规模集成电路，它将模拟功能与逻辑功能结合在同一个芯片上，通过设置电阻R18、R19 和电容C1 的大小，就能方便地构成非稳态多谐振荡器电路，产生所需频率的脉冲信号[5]。使用Multisim软件对NE555 定时器脉冲信号输出进行仿真，仿真波形见图8。
图8 NE555 定时器脉冲信号输出仿真
集成电路CD4017（U3）是5 位Johnson 计数器，具有10 个译码输出端，当CD4017 的14 脚时钟输入端收到NE555 计时器送来的脉冲信号时，CD4017 计数器的10 个输出端依次输出高电平[6]。将CD4017 的9 脚Q8 输出端与15 脚复位端相连，即使用Q0～Q7 前8 路输出的高电平作为CD4066 开关的控制信号，逐一连通8 个门限调节电阻。只有当13 脚禁止端收到HE112 检波器输出的高电平时CD4017 计数器才停止计数，否则CD4017 计数器一直循环计数，实现检测门限自动调节功能。CD4017 计数器逻辑图见图9。
图9 CD4017 计数器逻辑图
■2.3 信号输出指示电路
如图10 所示，在CD4017 计数器Q0～Q7 输出端各连接一个LED 发光二极管（LED1～LED8），每个发光二极管对应一个功率值，分别为-10dBm、-5dBm、0dBm、2dBm、4dBm、6dBm、8dBm、10dBm。当计数器依次打通CD4066 开关时，LED1～LED8 也被依次点亮。当HE112 检波器检测到射频信号，5 脚输出高电平至CD4017 计数器13 脚禁止端，CD4017 计数器停止计数，LED1～LED8 其中的一个保持常亮，与它连接的就是被打通的开关通道，对照功率指示刻度尺，即可读出功率值。
图10 外观图
■2.4 电源接口
便携式阵面射频信号自动检测模块所需的+5V 直流电源由外部供电，接口为USB 口，可外接手机充电宝等移动电源，方便分离便于携带。LED9 作为电源指示灯在开关J1导通后被点亮。
3 测试验证
使用信号源在多个频点输出固定功率和形式的信号给射频信号检测模块，对比测量结果与设定值之间的误差，分别进行射频连续波信号和射频脉冲信号测试，脉冲宽度取1μs 和1ms 两种形式，测试数据见表1、表2。
表1 连续波信号测试
从表1、表2 数据可以看到，便携式阵面射频信号自动检测模块的功率误差值均在±2dB 以内，并且对连续波和脉冲信号均能有效地检测。
表2 脉冲信号测试
4 结论
便携式阵面射频信号自动检测模块制作成本低，使用移动电源供电，成品长宽高尺寸控制在7cm×5cm×3cm 内，体积小巧便于携带，尤其适合外场雷达阵面调试维护时使用；具有大范围频率带宽和连续波、脉冲信号检测功能，可以对P、L、S 波段雷达阵面涉及的各种时钟和本振等射频信号进行快速检测，提高排故效率，具有工程实用性。通过配合放大器和衰减器使用，也可以作为特殊作业环境时射频信号功率检测的一种补充设备。
