淺析接收前端信道設計

陸亞蘋 孫鳳義

（中國電子科技集團公司第二十七研究所，河南 鄭州 450047）

小型化的微波轉發(fā)設備，其本振由接收部分和發(fā)射部分共用。近幾年，隨著大規(guī)模數(shù)字集成電路的發(fā)展，本振電路的設計也大多考慮數(shù)字頻率合成器。數(shù)字頻率合成器體積小集成度高，易實現(xiàn)精確控制，但是數(shù)字干擾脈沖具有很寬的頻譜，也就是說它對接收信道的影響相對要廣泛一些。數(shù)字頻率合成器的使用，使得接收信道中同時存在高電平干擾信號和數(shù)字干擾信號,在很多情況下，干擾信號的頻率恰好等于或接近有用的信號，尤其是當這些干擾信號通過系統(tǒng)非線性作用時，這種現(xiàn)象尤為明顯。大多數(shù)的基帶電路能有效的處理這種影響，但是由于接收機是靈敏裝置，干擾對它的影響要大得多。接收機不會識別有用信號和干擾信號，任何進入接收機通頻帶內(nèi)的信號都會被接收機處理，接收機的性能因此惡化。接收信道必須具有以下特性，才能降低干擾信號產(chǎn)生的不良影響：第一，要有抑有揚。通俗一點說就是抑制帶外干擾信號在通道內(nèi)產(chǎn)生的組合干擾，又能敏銳的捕捉有用信號，保障其有足夠的動態(tài)范圍。第二，降低本振的相位噪聲，減少其進入接收信道的機會。第三，印刷板布線和供電要合理科學，注意加強系統(tǒng)內(nèi)數(shù)字電路的濾波。要保障設備的整體性能，既要注意以上器件本身的性能，又要注意對這些器件的運行環(huán)境和電路進行優(yōu)化設計。

1.收機的功能

接收機是一個具有如下組成的電路系統(tǒng)：天線，濾波器，放大器，A/D轉換器。微波接收機的功能就是從天線傳來的信號和內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲中提取和分析有用的信息。由于天線傳來的微波輻射信號比內(nèi)部噪聲低很多，所以微波接收機必須保證接收靈敏度，積分時間，系統(tǒng)頻率，增益穩(wěn)定度和線性相關系數(shù)等參數(shù)。因此接收機的精心設計和研制是保證整機性能指標實現(xiàn)的重要關鍵。接收機的具體功能有以下幾點：

第一，將天線接收的射頻信號變頻，降低A/D的采樣頻率。

第二，放大和轉換天線傳入的微弱信號，使其達到A/D采樣器所需的電平。

第三，排除噪聲信號的干擾，提取目標信號。

第四，實現(xiàn)AGC控制。

2.混頻器及本振設計考慮

天線接收的微弱信號，要經(jīng)過接收器的濾波，放大，和分析。因此接收信道是高增益工作。從接收信道的穩(wěn)定性角度出發(fā)，信號處理要在中頻進行。因為經(jīng)過混頻變成固定的中頻后,可以對中頻進行較高增益的放大,中頻是固定的,所以中頻放大器是穩(wěn)定的,在檢波前可以得到足夠的放大,使接收機的靈敏度得到了很大的提高。混頻器是非線性器件，它的關鍵性能直接決定著系統(tǒng)的性能。以前有一種直接放大式接收機，即信號不經(jīng)混頻器而直接進行檢波。但是這樣的這樣的接收機,不適合作成多波段,靈敏度也不能做的很高，根本不能滿足新時期通訊業(yè)對接收機的要求。本文對此不予討論。

一種混頻器的評價，要從它的隔離度，動態(tài)范圍，變頻損耗，噪聲系數(shù)，1dB壓縮點，雙音三階交調，端口駐波比角度考慮。相應的，它對系統(tǒng)的動態(tài)范圍，中頻提取，靈敏度產(chǎn)生影響?；祛l器分為無源混頻器和有源混頻器，其中有源混頻器的隔離度高，且對本振的要求低，但其噪聲性能、動態(tài)范圍不如無源混頻器。而無源混頻器比有源混頻器有更好的互調失真性?，F(xiàn)在一般采用高電平的雙平衡混頻器，它的信號功率平均分配到4只管子上，每只管子上的信號小，故非線性失真小，還可以抑制本振噪聲?；祛l器的帶寬相位噪聲，雜散都會影響接收機的靈敏度，所以，在混頻器中的本振應該是純凈的頻譜?，F(xiàn)在廣泛應用的數(shù)字頻率合成器，它的數(shù)字電路產(chǎn)生的雜散信號，頻譜相當寬。于是，這些雜散信號便很容易對接收信道產(chǎn)生干擾。為防止接收信道干擾信號的產(chǎn)生和保持頻譜的純凈，可采取以下措施加以保障：首先，設計者應充分發(fā)揮電容接地去電的作用。數(shù)字集成電路每一級電源都應有0.1 μF或0.01 μF的電容跨接到地。在印制板上電源的入口處應接一大電容。其次，在供電上可采用數(shù)模電路分開供電。最后，必要時在本振輸出端加一個濾波器，使本振輸出雜波盡可能小。

3.對于干擾信號的分析

實際上，接收機的性能在某種意義上是由其對干擾信號的抑制能力決定的。因為干擾信號是不可避免存在的，即便天線接收到的信號，也必然受到了某些干擾。這些本來就微弱的信號在接收機內(nèi)部再次受到系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的非線性干擾。接收機此時就要從這些復雜的信號中提取有用信息。一般來說，對于外部干擾信號，由周圍環(huán)境和接收機的解析能力決定。對于系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的干擾信號，則一定要采取抑制措施。暫且不考慮復雜的干擾信號會阻塞接收信道，由數(shù)字頻率合成器產(chǎn)生的寬頻譜干擾信號，壓抑弱小的有用信號，才是影響接收機性能的最大元兇。當系統(tǒng)內(nèi)同時存在幾個頻率不相同的信號時，它們可能產(chǎn)生組合干擾，其表現(xiàn)形式是：外來干擾和本振組合形成的干擾；信號與本振的組合頻率；交叉調制干擾和互調干擾。系統(tǒng)的非線性固有存在的，非線性失真只有盡量被抑制，而不能被消滅。但是我們可以采取措施，在設計中盡量避開或抑制干擾，使系統(tǒng)成為某種意義上的線性系統(tǒng)。例如，我們可以采取措施，降低干擾信號的能量，使其小于解調信號的能量，這樣接收機就會忽略這部分信號，成為某種意義上的線性系統(tǒng)。

4.混頻器噪聲調制及處理噪聲的措施

噪聲調制是混頻器特有的一種干擾形式。在老一代微波接收設備中，混頻器的噪聲處理一直困擾著技術人員。優(yōu)良的印刷電路設計和部件空間的合理分配，對處理噪聲有一定的作用。隨著混頻器的集成度越來越高，數(shù)字化的混頻器能有效地減少噪聲的產(chǎn)生，從而從根源上抑制噪聲。

5.采取交擾抑制措施以降低噪聲干擾

總體來說，選擇合適的混頻管、高放管，控制本振輸出幅度和采用二次乃至三次變頻技術都可以抑制各種干擾。具體來說，為了降低噪聲的干擾，組件的設計與實現(xiàn)應采取下列措施：首先，在保證噪聲的動態(tài)指標小的情況下，將第一次本振信號泄漏到二次混頻器輸入端的絕對電平值控制在-65dBm的范圍內(nèi)。以盡量降低本振電平，從而減少交擾電平。然后可以采用平衡式雙平衡混頻器，可抵消一部分組合頻率干擾的偶次分量。接著，要有合理的電磁兼容設計與匹配設計，同時應考慮印刷電路板的合理性，科學性，防止各部分通過空間相互干擾。最后，要在第一混頻器前加預選濾波器，在第一混頻器后加濾波器，把第二次鏡像頻率幅度抑制在60dB左右。還要注意選擇高性能選頻網(wǎng)絡，提高選頻能力，阻止干擾信號進入混頻級。

6.結語

設計出更好更高質量的微波接收轉發(fā)設備，是新時期工業(yè)及通訊業(yè)發(fā)展的要求。近幾年，隨著微電子技術的發(fā)展，微波器件也隨之升級。一些高集成，高穩(wěn)定性的數(shù)字化器件的運用，不僅為微波接收轉發(fā)設備提供了新功能，更重要的是有助于提升設備的核心使用價值————保障設備的穩(wěn)定性，靈敏度。論文介紹了接收信道設計上應該注意的問題，詳細說明了接收機噪聲和干擾信號產(chǎn)生的原因和處理干擾信號的方法。僅希望能對從事微波接收設備前端設計的人員提供一些有益的參考。

[1]高如云，陸曼茹，張企民.《通信電子線路》.西安電子科技大學出版社，2008.

[2]黃舒婷.《射頻/微波微封裝、集成電路》.西西安電子科技大學出版社，2006.

[3]張萌，徐建.《無線接收機的系統(tǒng)結構》、《電路與系統(tǒng)學報》.2007年第4期.