陸亞蘋 孫鳳義

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十七研究所，河南 鄭州 450047）

小型化的微波轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)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(shè)計(jì)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(shí)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(duì)接收信道的影響相對(duì)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(shí)存在高電平干擾信號(hào)和數(shù)字干擾信號(hào),在很多情況下，干擾信號(hào)的頻率恰好等于或接近有用的信號(hào)，尤其是當(dāng)這些干擾信號(hào)通過系統(tǒng)非線性作用時(shí)，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(jī)是靈敏裝置，干擾對(duì)它的影響要大得多。接收機(jī)不會(huì)識(shí)別有用信號(hào)和干擾信號(hào)，任何進(jìn)入接收機(jī)通頻帶內(nèi)的信號(hào)都會(huì)被接收機(jī)處理，接收機(jī)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(hào)產(chǎn)生的不良影響：第一，要有抑有揚(yáng)。通俗一點(diǎn)說就是抑制帶外干擾信號(hào)在通道內(nèi)產(chǎn)生的組合干擾，又能敏銳的捕捉有用信號(hào)，保障其有足夠的動(dòng)態(tài)范圍。第二，降低本振的相位噪聲，減少其進(jìn)入接收信道的機(jī)會(huì)。第三，印刷板布線和供電要合理科學(xué)，注意加強(qiáng)系統(tǒng)內(nèi)數(shù)字電路的濾波。要保障設(shè)備的整體性能，既要注意以上器件本身的性能，又要注意對(duì)這些器件的運(yùn)行環(huán)境和電路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1.收機(jī)的功能

接收機(jī)是一個(gè)具有如下組成的電路系統(tǒng)：天線，濾波器，放大器，A/D轉(zhuǎn)換器。微波接收機(jī)的功能就是從天線傳來的信號(hào)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(hào)比內(nèi)部噪聲低很多，所以微波接收機(jī)必須保證接收靈敏度，積分時(shí)間，系統(tǒng)頻率，增益穩(wěn)定度和線性相關(guān)系數(shù)等參數(shù)。因此接收機(jī)的精心設(shè)計(jì)和研制是保證整機(jī)性能指標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要關(guān)鍵。接收機(jī)的具體功能有以下幾點(diǎn)：

第一，將天線接收的射頻信號(hào)變頻，降低A/D的采樣頻率。

第二，放大和轉(zhuǎn)換天線傳入的微弱信號(hào)，使其達(dá)到A/D采樣器所需的電平。

第三，排除噪聲信號(hào)的干擾，提取目標(biāo)信號(hào)。

第四，實(shí)現(xiàn)AGC控制。

2.混頻器及本振設(shè)計(jì)考慮

天線接收的微弱信號(hào)，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(hào)處理要在中頻進(jìn)行。因?yàn)榻?jīng)過混頻變成固定的中頻后,可以對(duì)中頻進(jìn)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(jī)的靈敏度得到了很大的提高?；祛l器是非線性器件，它的關(guān)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(jī)，即信號(hào)不經(jīng)混頻器而直接進(jìn)行檢波。但是這樣的這樣的接收機(jī),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(shí)期通訊業(yè)對(duì)接收機(jī)的要求。本文對(duì)此不予討論。

一種混頻器的評(píng)價(jià)，要從它的隔離度，動(dòng)態(tài)范圍，變頻損耗，噪聲系數(shù)，1dB壓縮點(diǎn)，雙音三階交調(diào)，端口駐波比角度考慮。相應(yīng)的，它對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)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(duì)本振的要求低，但其噪聲性能、動(dòng)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(diào)失真性。現(xiàn)在一般采用高電平的雙平衡混頻器，它的信號(hào)功率平均分配到4只管子上，每只管子上的信號(hào)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(huì)影響接收機(jī)的靈敏度，所以，在混頻器中的本振應(yīng)該是純凈的頻譜?，F(xiàn)在廣泛應(yīng)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(hào)，頻譜相當(dāng)寬。于是，這些雜散信號(hào)便很容易對(duì)接收信道產(chǎn)生干擾。為防止接收信道干擾信號(hào)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(shè)計(jì)者應(yīng)充分發(fā)揮電容接地去電的作用。數(shù)字集成電路每一級(jí)電源都應(yīng)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(yīng)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(shí)在本振輸出端加一個(gè)濾波器，使本振輸出雜波盡可能小。

3.對(duì)于干擾信號(hào)的分析

實(shí)際上，接收機(jī)的性能在某種意義上是由其對(duì)干擾信號(hào)的抑制能力決定的。因?yàn)楦蓴_信號(hào)是不可避免存在的，即便天線接收到的信號(hào)，也必然受到了某些干擾。這些本來就微弱的信號(hào)在接收機(jī)內(nèi)部再次受到系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的非線性干擾。接收機(jī)此時(shí)就要從這些復(fù)雜的信號(hào)中提取有用信息。一般來說，對(duì)于外部干擾信號(hào)，由周圍環(huán)境和接收機(jī)的解析能力決定。對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的干擾信號(hào)，則一定要采取抑制措施。暫且不考慮復(fù)雜的干擾信號(hào)會(huì)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(hào)，壓抑弱小的有用信號(hào)，才是影響接收機(jī)性能的最大元兇。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)同時(shí)存在幾個(gè)頻率不相同的信號(hào)時(shí)，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(hào)與本振的組合頻率；交叉調(diào)制干擾和互調(diào)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(shè)計(jì)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(hào)的能量，使其小于解調(diào)信號(hào)的能量，這樣接收機(jī)就會(huì)忽略這部分信號(hào)，成為某種意義上的線性系統(tǒng)。

4.混頻器噪聲調(diào)制及處理噪聲的措施

噪聲調(diào)制是混頻器特有的一種干擾形式。在老一代微波接收設(shè)備中，混頻器的噪聲處理一直困擾著技術(shù)人員。優(yōu)良的印刷電路設(shè)計(jì)和部件空間的合理分配，對(duì)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(shù)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(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)應(yīng)采取下列措施：首先，在保證噪聲的動(dòng)態(tài)指標(biāo)小的情況下，將第一次本振信號(hào)泄漏到二次混頻器輸入端的絕對(duì)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(shè)計(jì)與匹配設(shè)計(jì)，同時(shí)應(yīng)考慮印刷電路板的合理性，科學(xué)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(yù)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(luò)，提高選頻能力，阻止干擾信號(hào)進(jìn)入混頻級(jí)。

6.結(jié)語

設(shè)計(jì)出更好更高質(zhì)量的微波接收轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，是新時(shí)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(shù)的發(fā)展，微波器件也隨之升級(jí)。一些高集成，高穩(wěn)定性的數(shù)字化器件的運(yùn)用，不僅為微波接收轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備提供了新功能，更重要的是有助于提升設(shè)備的核心使用價(jià)值————保障設(shè)備的穩(wěn)定性，靈敏度。論文介紹了接收信道設(shè)計(jì)上應(yīng)該注意的問題，詳細(xì)說明了接收機(jī)噪聲和干擾信號(hào)產(chǎn)生的原因和處理干擾信號(hào)的方法。僅希望能對(duì)從事微波接收設(shè)備前端設(shè)計(jì)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(xué)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(xué)出版社，2006.

[3]張萌，徐建.《無線接收機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》、《電路與系統(tǒng)學(xué)報(bào)》.2007年第4期.