S波段下變頻器的電磁輻射干擾產(chǎn)生及抑制

裴菊靜

(西安蘇試廣博環(huán)境可靠性實(shí)驗(yàn)室有限公司，陜西 西安 710077)

1 引 言

隨著5G物聯(lián)網(wǎng)、智能充電汽車、自動駕駛、衛(wèi)星通信等新科技的發(fā)展，空間電磁環(huán)境[1]變得更加復(fù)雜，因此需對產(chǎn)品的電磁輻射指標(biāo)提出限制，電磁輻射騷擾應(yīng)作為設(shè)計(jì)微波通信產(chǎn)品的重要指標(biāo)。

本文設(shè)計(jì)的微波下變頻器是衛(wèi)星通信鏈路接收系統(tǒng)[2]的一部分，把接收到的微弱射頻信號通過預(yù)選濾波器濾除頻段外的信號，過濾后的信號通過變頻放大后提供給解調(diào)設(shè)備加以分析。其中，頻率的變換需要通過頻率合成器，頻率合成以標(biāo)準(zhǔn)頻率源作為參考頻率，內(nèi)部采用倍頻、分頻、混頻電路來實(shí)現(xiàn)本振的輸出。因此，在本振的輸出中會產(chǎn)生多組虛假信號，虛假信號輻射到空間會帶來電磁輻射干擾。為了降低虛假信號的合成，降低本振的雜散是設(shè)計(jì)頻率合成器的難點(diǎn)。

2 HMC830的性能

ADI公司在鎖相電路的基礎(chǔ)上推出了一款高精度、直接頻率合成的鎖相芯片HMC830[3]，頻率范圍在25MHz～3000MHz之間的寬帶鎖相芯片，鑒相頻率可以高達(dá)100MHz，使其在基本模式下的本底噪聲為-171dBc/Hz，因此HMC830的良好性能使其應(yīng)用于寬帶多載波、蜂窩基站，也可用于上變頻或下變頻、LO發(fā)生器。

3 S波段下變頻器的設(shè)計(jì)

在HMC830基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)射頻信號為2.6GHz～3.2GHz。1GHz的寬帶微波下變頻器，頻段是衛(wèi)星通信常用的微波段。為了降低相位噪聲，提高變頻器的靈敏度，采用二次變頻的方式，通過ADS[4]軟件仿真來減少諧波干擾，仿真結(jié)果為一本振輸出寬頻信號，二本振輸出點(diǎn)頻信號，頻率變換關(guān)系如圖1所示。其中，射頻信號為2.6GHz～3.2GHz；一本振為1.88GHz～2.48GHz；二本振為650MHz；中頻輸出70MHz。

圖1 頻率變換關(guān)系

為了提高變頻器的鑒相頻率和靈敏度，下變頻器采用100MHz的參考頻率作為HMC830的標(biāo)準(zhǔn)頻率。圖2為HMC830的外圍電路圖，其中，RF_N輸出為本振信號LO，CP和VTUNE的輸出作為頻率合成中的環(huán)路濾波器，通過調(diào)節(jié)電容、電阻的大小來調(diào)節(jié)環(huán)路濾波器的帶寬[3]，濾除諧波。

圖2 HMC830外圍電路

4 電磁輻射干擾的產(chǎn)生和抑制

電磁輻射干擾試驗(yàn)在3米法半電波暗室中進(jìn)行，以GB 9254-2008中的B級限值[5]要求作為電磁輻射的標(biāo)準(zhǔn)，水平方向輻射騷擾如圖3所示。從圖中可以看到，頻率為1.3GHz，不滿足輻射限值要求，平均值限值為50dBuV/m，實(shí)際測試值為53.09dBuV/m。經(jīng)變頻器頻率變換關(guān)系和近場探頭測試，確認(rèn)是二本振輸出頻率為650MHz的二次諧波泄漏，最終輸出的70MHz中頻濾波器沒有濾除到1.3GHz，使其從中頻輸出口泄漏。

圖3 水平方向輻射騷擾

下變頻器產(chǎn)品降低輻射的常用方法[6]為頻率合成器的標(biāo)頻選用相位噪聲高的參考源，減小濾波器的環(huán)路帶寬，完善變頻器的屏蔽措施。本設(shè)計(jì)中由于是本振的二次諧波泄漏，采取降低濾波器的環(huán)路帶寬，濾除低頻成分，通過調(diào)節(jié)圖2電路輸出的CP和VTUNE端的電容和電阻，改善環(huán)路濾波器的帶寬，降低二次諧波的幅度。在抑制1.3GHz的諧波輻射時(shí)，調(diào)試圖4所示的二本振頻率合成器中的環(huán)路濾波器，即圖2中C1～C4的電容大小，再次測試輻射騷擾如圖5所示，實(shí)際測試值降到46dBuV/m，1.3GHz輻射騷擾降到滿足限值要求。

圖4 二本振頻率合成器實(shí)物圖

圖5 調(diào)節(jié)后的電磁輻射騷擾限值

5 結(jié) 語

試驗(yàn)表明，通過減小環(huán)路濾波器的帶寬，可以滿足GB 9254-2008的B級限值要求，為輻射干擾[7]提供了試驗(yàn)依據(jù)。微波下變頻器中頻信號輸出的頻率需將射頻信號經(jīng)過多次混頻變換，才能達(dá)到中頻信號的輸出要求。不同頻率的疊加，造成頻率從射頻端口泄漏出去，設(shè)計(jì)電路時(shí)需要數(shù)字電路[8]、模擬電路、信號線、控制線分開，做好屏蔽、仿真每個(gè)通道的濾波器，才能從源頭降低電磁輻射的干擾。