浅析接收前端信道设计

陆亚苹 孙凤义

（中国电子科技集团公司第二十七研究所，河南 郑州 450047）

小型化的微波转发设备，其本振由接收部分和发射部分共用。近几年，随着大规模数字集成电路的发展，本振电路的设计也大多考虑数字频率合成器。数字频率合成器体积小集成度高，易实现精确控制，但是数字干扰脉冲具有很宽的频谱，也就是说它对接收信道的影响相对要广泛一些。数字频率合成器的使用，使得接收信道中同时存在高电平干扰信号和数字干扰信号,在很多情况下，干扰信号的频率恰好等于或接近有用的信号，尤其是当这些干扰信号通过系统非线性作用时，这种现象尤为明显。大多数的基带电路能有效的处理这种影响，但是由于接收机是灵敏装置，干扰对它的影响要大得多。接收机不会识别有用信号和干扰信号，任何进入接收机通频带内的信号都会被接收机处理，接收机的性能因此恶化。接收信道必须具有以下特性，才能降低干扰信号产生的不良影响：第一，要有抑有扬。通俗一点说就是抑制带外干扰信号在通道内产生的组合干扰，又能敏锐的捕捉有用信号，保障其有足够的动态范围。第二，降低本振的相位噪声，减少其进入接收信道的机会。第三，印刷板布线和供电要合理科学，注意加强系统内数字电路的滤波。要保障设备的整体性能，既要注意以上器件本身的性能，又要注意对这些器件的运行环境和电路进行优化设计。

1.收机的功能

接收机是一个具有如下组成的电路系统：天线，滤波器，放大器，A/D转换器。微波接收机的功能就是从天线传来的信号和内部产生的噪声中提取和分析有用的信息。由于天线传来的微波辐射信号比内部噪声低很多，所以微波接收机必须保证接收灵敏度，积分时间，系统频率，增益稳定度和线性相关系数等参数。因此接收机的精心设计和研制是保证整机性能指标实现的重要关键。接收机的具体功能有以下几点：

第一，将天线接收的射频信号变频，降低A/D的采样频率。

第二，放大和转换天线传入的微弱信号，使其达到A/D采样器所需的电平。

第三，排除噪声信号的干扰，提取目标信号。

第四，实现AGC控制。

2.混频器及本振设计考虑

天线接收的微弱信号，要经过接收器的滤波，放大，和分析。因此接收信道是高增益工作。从接收信道的稳定性角度出发，信号处理要在中频进行。因为经过混频变成固定的中频后,可以对中频进行较高增益的放大,中频是固定的,所以中频放大器是稳定的,在检波前可以得到足够的放大,使接收机的灵敏度得到了很大的提高。混频器是非线性器件，它的关键性能直接决定着系统的性能。以前有一种直接放大式接收机，即信号不经混频器而直接进行检波。但是这样的这样的接收机,不适合作成多波段,灵敏度也不能做的很高，根本不能满足新时期通讯业对接收机的要求。本文对此不予讨论。

一种混频器的评价，要从它的隔离度，动态范围，变频损耗，噪声系数，1dB压缩点，双音三阶交调，端口驻波比角度考虑。相应的，它对系统的动态范围，中频提取，灵敏度产生影响。混频器分为无源混频器和有源混频器，其中有源混频器的隔离度高，且对本振的要求低，但其噪声性能、动态范围不如无源混频器。而无源混频器比有源混频器有更好的互调失真性。现在一般采用高电平的双平衡混频器，它的信号功率平均分配到4只管子上，每只管子上的信号小，故非线性失真小，还可以抑制本振噪声。混频器的带宽相位噪声，杂散都会影响接收机的灵敏度，所以，在混频器中的本振应该是纯净的频谱。现在广泛应用的数字频率合成器，它的数字电路产生的杂散信号，频谱相当宽。于是，这些杂散信号便很容易对接收信道产生干扰。为防止接收信道干扰信号的产生和保持频谱的纯净，可采取以下措施加以保障：首先，设计者应充分发挥电容接地去电的作用。数字集成电路每一级电源都应有0.1 μF或0.01 μF的电容跨接到地。在印制板上电源的入口处应接一大电容。其次，在供电上可采用数模电路分开供电。最后，必要时在本振输出端加一个滤波器，使本振输出杂波尽可能小。

3.对于干扰信号的分析

实际上，接收机的性能在某种意义上是由其对干扰信号的抑制能力决定的。因为干扰信号是不可避免存在的，即便天线接收到的信号，也必然受到了某些干扰。这些本来就微弱的信号在接收机内部再次受到系统内产生的非线性干扰。接收机此时就要从这些复杂的信号中提取有用信息。一般来说，对于外部干扰信号，由周围环境和接收机的解析能力决定。对于系统内部产生的干扰信号，则一定要采取抑制措施。暂且不考虑复杂的干扰信号会阻塞接收信道，由数字频率合成器产生的宽频谱干扰信号，压抑弱小的有用信号，才是影响接收机性能的最大元凶。当系统内同时存在几个频率不相同的信号时，它们可能产生组合干扰，其表现形式是：外来干扰和本振组合形成的干扰；信号与本振的组合频率；交叉调制干扰和互调干扰。系统的非线性固有存在的，非线性失真只有尽量被抑制，而不能被消灭。但是我们可以采取措施，在设计中尽量避开或抑制干扰，使系统成为某种意义上的线性系统。例如，我们可以采取措施，降低干扰信号的能量，使其小于解调信号的能量，这样接收机就会忽略这部分信号，成为某种意义上的线性系统。

4.混频器噪声调制及处理噪声的措施

噪声调制是混频器特有的一种干扰形式。在老一代微波接收设备中，混频器的噪声处理一直困扰着技术人员。优良的印刷电路设计和部件空间的合理分配，对处理噪声有一定的作用。随着混频器的集成度越来越高，数字化的混频器能有效地减少噪声的产生，从而从根源上抑制噪声。

5.采取交扰抑制措施以降低噪声干扰

总体来说，选择合适的混频管、高放管，控制本振输出幅度和采用二次乃至三次变频技术都可以抑制各种干扰。具体来说，为了降低噪声的干扰，组件的设计与实现应采取下列措施：首先，在保证噪声的动态指标小的情况下，将第一次本振信号泄漏到二次混频器输入端的绝对电平值控制在-65dBm的范围内。以尽量降低本振电平，从而减少交扰电平。然后可以采用平衡式双平衡混频器，可抵消一部分组合频率干扰的偶次分量。接着，要有合理的电磁兼容设计与匹配设计，同时应考虑印刷电路板的合理性，科学性，防止各部分通过空间相互干扰。最后，要在第一混频器前加预选滤波器，在第一混频器后加滤波器，把第二次镜像频率幅度抑制在60dB左右。还要注意选择高性能选频网络，提高选频能力，阻止干扰信号进入混频级。

6.结语

设计出更好更高质量的微波接收转发设备，是新时期工业及通讯业发展的要求。近几年，随着微电子技术的发展，微波器件也随之升级。一些高集成，高稳定性的数字化器件的运用，不仅为微波接收转发设备提供了新功能，更重要的是有助于提升设备的核心使用价值————保障设备的稳定性，灵敏度。论文介绍了接收信道设计上应该注意的问题，详细说明了接收机噪声和干扰信号产生的原因和处理干扰信号的方法。仅希望能对从事微波接收设备前端设计的人员提供一些有益的参考。

[1]高如云，陆曼茹，张企民.《通信电子线路》.西安电子科技大学出版社，2008.

[2]黄舒婷.《射频/微波微封装、集成电路》.西西安电子科技大学出版社，2006.

[3]张萌，徐建.《无线接收机的系统结构》、《电路与系统学报》.2007年第4期.