羅亞軍，趙彤宇

（廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510000）

1 應(yīng)用環(huán)境

短波頻段的電磁環(huán)境較為復(fù)雜，相對(duì)于傳統(tǒng)的窄帶接收機(jī)，短波寬帶接收機(jī)接收到的干擾能量大大增加[1-3]。圖1為典型短波接收站點(diǎn)短波頻段總能量在一天內(nèi)的變化曲線。

圖1 短波接收站點(diǎn)短波頻段總能量變化曲線

從圖1可以看出，干擾總能量在一天中不同時(shí)間的變化很大，整體能量偏強(qiáng)，偶爾會(huì)有大于5 dBm的強(qiáng)干擾出現(xiàn)，甚至一段時(shí)間內(nèi)密集出現(xiàn)強(qiáng)干擾信號(hào)。一般情況下，短波環(huán)境噪聲在低頻段偏高，最差會(huì)接近-70 dBm；高頻段略低，在-110 dBm左右。由于寬帶內(nèi)的強(qiáng)信號(hào)干擾會(huì)對(duì)整個(gè)接收系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，因此如果寬帶接收信道的性能不能適應(yīng)實(shí)際電磁環(huán)境下的工作要求，可能?chē)?yán)重影響系統(tǒng)的可用性。寬帶接收信道的性能主要體現(xiàn)在靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍兩個(gè)方面，即系統(tǒng)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的弱信號(hào)接收能力。

2 寬帶接收信道設(shè)計(jì)

寬帶接收系統(tǒng)主要有兩種技術(shù)方向，一是超外差寬帶技術(shù)，二是射頻直接采樣技術(shù)。兩種技術(shù)形式的優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表1。

表1 超外差與射頻直采架構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)比較

射頻直接采樣技術(shù)是隨著軟件無(wú)線電技術(shù)的興起而發(fā)展起來(lái)的技術(shù)，其性能直接受采樣器件性能的制約。結(jié)合性能良好的預(yù)選濾波器設(shè)計(jì)，使用直接采樣技術(shù)可達(dá)到不低于超外差形式的性能指標(biāo)，且電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以規(guī)避超外差技術(shù)存在的固有問(wèn)題，大大降低了各類(lèi)虛假信號(hào)出現(xiàn)的概率[4,5]。通過(guò)在接收信道中增加分段預(yù)選濾波器，可以提升寬帶系統(tǒng)的抗阻塞能力。

2.1 射頻鏈路設(shè)計(jì)

短波寬帶接收信道對(duì)天線接收到的射頻信號(hào)進(jìn)行濾波、放大以及增益控制等處理，核心要求是具有高靈敏度、大動(dòng)態(tài)范圍以及強(qiáng)抗阻塞能力，原理如圖2所示[6]。

圖2 寬帶接收信道原理

預(yù)選濾波器在滿(mǎn)足選頻接收帶寬的要求下，將短波全頻段分成N個(gè)子段進(jìn)行濾波，保證進(jìn)入接收通道的強(qiáng)信號(hào)只有全頻段的1/N，能夠明顯提升接收機(jī)的抗干擾能力。預(yù)選濾波器支持直通模式，在需要全頻段接收時(shí)置于直通模式。

器件選型時(shí)，充分考慮其動(dòng)態(tài)范圍指標(biāo)。采用19段濾波器實(shí)現(xiàn)對(duì)2～30 MHz短波工作頻段的分段預(yù)選濾波，帶外抑制達(dá)到25 dB以上，濾波器設(shè)計(jì)帶內(nèi)損耗小于3 dB，輸入1 dB壓縮點(diǎn)大于20 dBm。放大器采用大動(dòng)態(tài)低噪聲放大器設(shè)計(jì)，噪聲系數(shù)小于4 dB，增益13.8～15 dB，OIP3達(dá)到38～41 dBm。該放大器可以被開(kāi)關(guān)旁路，在輸入信號(hào)達(dá)到一定功率時(shí)，放大器被旁路，降低15 dB增益，也作為射頻AGC的一部分。采用小步進(jìn)數(shù)控衰減器，最小步進(jìn)為0.5 dB，最大衰減量為31 dB，IIP3大于45 dBm。

根據(jù)所用電路的參數(shù)（考慮最壞情況），對(duì)系統(tǒng)接收鏈路的性能指標(biāo)仿真分析如圖3所示。由仿真計(jì)算結(jié)果可以看出，接收鏈路可實(shí)現(xiàn)性能為噪聲系數(shù)≤10.55 dB（對(duì)應(yīng)靈敏度-116.67 dBm）、增益≥16 dB、OIP3 ≥ 36.95 dBm[7]。

圖3 系統(tǒng)接收鏈路性能分析

2.2 預(yù)選濾波器設(shè)計(jì)

預(yù)選濾波器可以在射頻前端對(duì)干擾進(jìn)行濾波，減少進(jìn)入接收信道的干擾和噪聲信號(hào)的能量[8]。根據(jù)選頻寬帶接收的需求，預(yù)選濾波器采用19段帶通濾波器實(shí)現(xiàn)。為了降低濾波器的損耗，濾波器切換采用PIN二極管開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)，在PIN控制電路模塊的控制下進(jìn)行濾波器切換，預(yù)選濾波器原理如圖4所示。

圖4 預(yù)選濾波器原理

濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo)如表2所示。

表2 預(yù)選濾波器技術(shù)指標(biāo)

3 抗干擾性能分析

由于短波頻段低噪偏高，且不同時(shí)段噪聲水平也不同，因此為了分析系統(tǒng)在實(shí)際天波環(huán)境下的工作性能，以下分為兩種典型噪聲情況進(jìn)行計(jì)算，其他情況可依次類(lèi)推[9]。

3.1 天波環(huán)境1（環(huán)境噪聲-110 dBm、3 kHz帶寬）

由于環(huán)境噪聲高于接收靈敏度，此時(shí)最小可接收的模擬信號(hào)為-98 dBm（12 dB信噪比），不同干擾輸入功率下的系統(tǒng)性能分析如表3所示（A/D留10 dB余量）。在此環(huán)境下，當(dāng)輸入干擾信號(hào)功率達(dá)到5 dBm（帶內(nèi)）和20 dBm（帶外）時(shí)，AGC衰減20 dB，系統(tǒng)靈敏度下降1.2 dB，實(shí)際接收動(dòng)態(tài)范圍可以達(dá)到模擬101.8 dB、數(shù)字116.8 dB[10]。

表3 天波環(huán)境1系統(tǒng)接收性能分析

3.2 天波環(huán)境2（環(huán)境噪聲-100 dBm、3 kHz帶寬）

由于環(huán)境噪聲高于接收靈敏度，此時(shí)最小可接收的模擬信號(hào)為-88 dBm（12 dB信噪比），不同干擾輸入功率下系統(tǒng)性能分析如表4所示（A/D留10 dB余量）。在此環(huán)境下，當(dāng)輸入干擾信號(hào)功率達(dá)到15 dBm（帶內(nèi)）和20 dBm（帶外）時(shí)，AGC衰減30 dB，系統(tǒng)靈敏度下降1 dB，實(shí)際接收動(dòng)態(tài)范圍可以達(dá)到模擬102 dB、數(shù)字117 dB。

表4 天波環(huán)境2系統(tǒng)接收性能分析

由計(jì)算可以看出，系統(tǒng)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的動(dòng)態(tài)范圍在100 dB（模擬）和115 dB（數(shù)字）以上，分段濾波器可以提升帶外干擾能力。當(dāng)干擾位于工作頻段帶外時(shí)，動(dòng)態(tài)范圍提升25 dB。

4 結(jié) 論

本文分析了短波寬帶接收機(jī)在典型工作環(huán)境中面臨的強(qiáng)信號(hào)干擾問(wèn)題，從射頻鏈路的優(yōu)化設(shè)計(jì)和預(yù)選濾波器的分段選擇方面給出了一種能夠提升抗干擾性能的設(shè)計(jì)方法。根據(jù)目前器件水平，經(jīng)過(guò)分析計(jì)算，系統(tǒng)在典型干擾環(huán)境下能夠有效工作，抗干擾設(shè)計(jì)措施可行性較好。