收稿日期:2004210220
作者简介：彭江陵(19662)，男，重庆市人，高级工程师，主要从事声表面波技术在雷达和通讯系统中的应用。
文章编号:100422474(2005)0120004203
Ch irp 傅里叶变换器
彭江陵，刘积学，张峥嵘，周 平，杜明熙
(四川压电与声光技术研究所，重庆400060)
摘 要：傅里叶变换是信号分析的基础，该文从傅氏变换基本公式出发，介绍了如何利用声表面波ch irp 器件实现实时傅氏变换器的方法，同时给出了分析带宽大于40M H z 的样品对不同信号的测试波形图。文中进一步探讨了提高分析带宽和瞬时动态的措施。 关键词：延迟线；声表面波；傅里叶变换；压缩接收机中图分类号:TN 65 文献标识码:A
Ch irp Four ier Tran sform er
PENG J i ang -l i ng ,L IU J i -xue ,ZHANG Zheng -rong ,ZHOU P i ng ,D U M i ng -x i
(Sichuan Institute of P iezoelectric&A coustoop ic T echno logy ,Chongqing 400060,Ch ina )
Abstract :Fou rier T ran sfo rm (FT )is the foundiati on fo r signal anaysis 1Based on the p ri m ary equati on s of FT ,
a SAW Ch irp device can be realized by FT tran sducer 1A samp le device w ith 40M H z bandw idth o r mo re and its tested w avefo rm s fo r differen t signals are also given 1M ethods to fu rther i m p rove the bandw idth and in stan taneou s dynam ics are discu ssed in the paper 1
Key words :delay line ;SAW ;Fou rier tran sfo rm ;comp ressed receiver
与以往相比，现代电子战信号环境具有信号密集、信号形式多样复杂(连续波(C W )、脉冲压缩、相位编码、脉冲重复频率跳变等特点)，这对系统工程师们提出了新的苛刻要求。我们清楚，在时域分析这些信号较难，但在频域就有助于问题的解决。以声表面波(SAW )线性调频傅氏变换(SAW 2ch irp FT )为核心的压缩接收机，在宽带内能提供较理想的频率和时间分辨率，这种基于SAW 技术的实时傅氏变换器，作为一种信号分析部件充分显示了其优势，其对引信信号、跳频通讯、频率捷变雷达信号、导弹制导控制等信号具有快速的搜索能力或瞬时截获能力而受到关注。SAW 2ch irp FT 的灵敏度高，
动态范围大，结构简单，能分离同时到达信号等优点，适于密集复杂和捷变的信号环境，而成为电子对抗系统的新选择。
1 工作原理
以ch irp 滤波器为基础的傅氏变换原理，是可以把傅氏表达式分解成三个基本计算式[1]，即:
F (8)=
∫+∞
-∞
f (t ) exp (-j 8t )d t (1)
将8=ΛΣ=ΛΣ2
2+Λt 2 2-Λ(t -Σ)2 2作一个代换可得
F (8)=exp (-j 12
Λt 2
) ∫
+∞
谢宇风
-∞d Σ {f (Σ)
exp (-j 12Λt 2)} exp (+j 1
2
Λ{t -Σ}2)
(2)如C h +和C h -分别表示exp (j 12
Λt 2
)和exp (-j
12
Λt 2
)
，若“ ”和“3”分别表示相乘和卷积，式(2)可写为
b2yF (8)=F (ΛΣ)=C h - [C h +3(f C h -)]
(3)
这意味着傅氏变换可用SAW 线性调频延迟线按一定方式来实现，即输入信号与ch irp 波形预相乘，然后与ch irp 信号卷积，再与ch irp 波形相乘，也就是相乘2卷积2相乘(M 2C 2M )结构，在不关心信号的相位信息情况下，方案实施时后一个混频器和相应SAW 器件可不要[2]。分析显示,SAW 2ch irp FT
第27卷第1期
压 电 与 声 光
V o l 127N o 112005年2月
P IEZ O EL ECTR I CS &A COU STOO PT I CS
Feb 12005
充分发挥了SAW 器件的特长，能实现信号全模拟处理。SAW 2ch irp FT 实现框图如图1所示
3d涂鸦笔。
图1 SAW 2ch irp FT 实现框图
F ig 11 B lock diagram of S AW 2ch irp FT
我们设计的SAW 2ch irp 傅氏变换器技术指标为
分析信号带宽 M H z ≥40
输入信号取样宽度 Λs ≥2
频率分辨率 M H z
≤1动态范围(受噪声限制) dB
≥50
瞬时动态范围 dB ≥27
针对样品指标及图1，我们设计了SAW 器件和外围单元电路。
211 SA W ch irp 器件的设计实现
为实现系统目标指标,SAW ch irp 器件性能如表1所示。
表1 SAW ch irp 器件性能
T able 1 Param eters of SAW ch irp device
展宽线(SAW E )
压缩线(SAW C )
中心频率 M H z
300200带 宽 M H z ≥80≥40时 宽 Λs ≥2
≥1
压缩旁瓣抑制 dB
≥27
≥27
就本项目SAW 器件高频、大带宽小时延的特
点，我们采取特殊的倾斜换能器结构(见图2)设计换能器，分裂指条分布，并选用L i N bO 3压电材料作基片，孔径取 018mm 。展宽线换能器指对数2403对，压缩线换能器指对数803对
。
图2 S AW ch irp 滤波器示意图
F ig 12 Configurati on of S AW 2ch irp fiter
212 单元电路设计实现
针对SAW ch irp 信号的产生和处理(见图1),
设计了SAW 器件激励源、ch irp 中频信号处理、视频检波等单元电路。
21211 SAW ch irp 器件激励源
SAW 器件激励源采用高电平雪崩三极管结合
微分电路来实现，电平140V ,T TL 同步触发。产生的窄脉冲电平35V 、时宽212n s ((3dB )，上下沿对称，最高触发频率500kH z，过冲小于60mV 。完全满足本系统的要求。21212 ch irp 中频信号处理
在本系统中,ch irp 中频信号处理较关键，因为高质量的ch irp 扫频信号是傅里叶变换器精确分析未知信号信息(包括频率和能量信息)的保障。
部件前级放大器采用低噪声、高增益，而后级放大器输出动态大，在此基础上构成噪声系数小于215dB 、增益约为65dB 、1dB 压缩点输出功率大于12dBm 的高性能补偿放大电路，整个放大支路的工作带宽达300M H z 。另外，选用了对偶次谐波有抑制作用的低相位失真、高灵敏度限幅放大器，同时采用了高稳定T TL 单稳态触发电路产生2Λs 定宽脉冲、采用A CT 门电路构成高速驱动器控制斩波器，并结合两级带宽大于500M H z 的双平衡混频器，完成高速高隔离度斩波电路，其开关速度小于10n s，隔离度高达65dB 。最后得到了幅度不平度小于115dB 的较理想ch irp 扫频信号。21213
窄脉冲检波电路
SAW ch irp 匹配滤波器输出的压缩脉冲3dB
宽度仅33n s，对该窄脉冲进行视频处理时应考虑检波效率和脉冲展宽而引起的频率分辨降低，我们采用了高速二极管设计检波器，展宽系数控制在1115以内、检波效率不小于70%。
小型锅炉3 试验结果
由211节设计实现的SAW ch irp 器件频域特性图如图3所示。图4为经低噪声放大、宽带限放和时域选通后的2Λs 线性调频微扫信号时域图。ch irp
傅
第1期彭江陵等:Ch irp 傅里叶变换器5
图3 SAW ch irp 器件频响图
F ig 13 F requency response of SAW 2ch irp
超声波换能片
fiter
图4 线性调频微扫信号时域图
F ig 14 T i m e dom ain of the s w eep signal
from the ch irp device
里叶变换器对单个或多个时域叠加信号的输出波形
如图5所示
。
图5 ch irp 傅里叶变换器输出波形图
开放式基金预测
F ig 15 O utput w avefo rm of ch irp FT tran sfom er
4 结束语
就SAW ch irp 傅里叶变换器实验结果看，本变换系统符合设计初衷，达到设计要求，特别是对多信号的变换分离，效果明显。但从实际工程应用看，还需进一步提高和完善系统指标，主要是增大分析带宽，提高瞬时动态范围。SAW 延迟线限制了变换器的整个频率覆盖范围，目前技术水平单信道可达500M H z，可采用多个并行信道拓宽频带。而脉冲压缩旁瓣制约了瞬时动态的改善，因此优化SAW 器件设计和改善其制造工艺非常必要。参考文献:
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PA IGE E G S 1Fourier transfo r m
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bndw idth SAW comp ressive receiver [J ]1U ltrason ics Sympo sium ,1980:21622191
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real 2ti m e
spectrum 2analyser
system s [J ]1P roc IEE,1980,127(F2):762911
6压 电 与 声 光2005年
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