基于雷达料位仪信号处理的整形放大电路设计

    0 引言

    LFMCW 雷达料位仪工作时，微波压控振荡器产生连续等幅高频振荡信号。由调制器产生一定幅度和频率的三角波或正弦波来调制该高频信号，调制后的调频信号，通过定向耦合器，经天线发射出去。混频器的输入信号一路是来自天线接收的反射信号，另一路来自定向耦合器。反射波信号与发射波信号在混频器检波电路中完成混频，产生一定频率的差频信号，其中包含了含有目标的距离信息。理论和实验证明，混频后产生的差频频率平均值和目标距离 R 成正比，为了精确测量目标距离 R，需要对混频器检波电路输出信号进行处理和定标，并转换成对应的距离，因此信号处理电路是雷达料位仪的重要组成部分。然而待测的差频信号波形为包络波，为方便测量，提高测量精度，需将包络波经整形放大电路转换成方便测量的矩形波，整形后的波形幅度一致而频率保持不变。因此整形放大电路在整个信号处理部分起着至关重要的作用。

    1 整形放大电路的设计

    本系统设计的整形放大电路如图 1 所示。

    1． 1 整形电路的实现

    图 1 前半部分实现的就是将差频信号转换成方波的整形电路。该电路使用 LM339AJ 比较器加上2V 参考电压形成的单门限电压比较器实现该电路的整形功能。

    比较器是一种用来比较输入信号电压与参考电压( 图为 V1) 的电路。参考电压加在运放的反相端，它可以是正值也可以为负值，本系统给的是 2V。而输入信号加在运放的同相端。这时，运放处于开环工作状态，具有很高的开环电压增益。当输入信号电压小于参考电压时，差模输入电压等于同相输入电压减去参考电压，此时差模输入电压小于 0，运放处于负饱和状态，即 Vo = Vol; 反之差模输入信号大于 0，运放处于正饱和状态，即 Vo = Voh。

    1． 2 放大电路的实现

    电路的后半部分实现的就是将前面经过整形后的信号进行放大的放大电路。本系统使用一个LM324N 运放加 2 个电阻实现对信号的放大功能。

    设该电路的输入电压为 Vi，其实也就是前级电路的输出电压 Vo，设该电路的输出电压为 Vp。

    由于上述同相放大电路中同相和反相两输入端之间出现虚短现象，而运放的输入电阻的阻值又很高，因而流经两输入端之间的电流约为 0，这种现象成为虚断。

    由于虚短以及虚断的原因，于是可以得出 Vi =R₁* Vp / ( R₁+ R₂) 。

    从而可以计算出电压增益为: Av =1 + R₂/ R₁。

    在图 1 中 R₁= 10k，R₂= 5k，可以计算出该电路的放大倍数为 1 +5/10 =1． 5 倍。当然在试验中可以根据自己的实际需要灵活的调整 R₁，R₂的阻值。