中频可变增益放大器在北斗抗干扰接收机信道设计中的应用

方明

【摘要】易受干扰是卫星导航系统固有特性，具有抗干扰功能的北斗接收机在军事应用中的需求尤为迫切。本文结合四阵列天线抗干扰接收机的研制，阐述阵列接收信道的设计思路，详细描述可变增益放大器在设计中的应用，最后给出测试星空极速，表明与其设计预期相吻合。

【关键词】卫星导航 抗干扰 阵列天线 可变增益放大器

拥有完全自主知识产权的中国北斗导航系统已开始在国防军事领域发挥重要作用。然而，北斗系统和现有的GPS、G-LONASS等卫星导航定位系统一样，易受干扰。根据英国的试验，1W功率的调频噪声GPS干扰机，可使22公里内的民用接收机失效，俄罗斯研制出一种干扰功率为8瓦的便携式干扰机，其干扰距离超过200公里。一般导航卫星信号到达地球表面时的信号功率大约为-130dBm左右，极其微弱，此为其易受干扰的关键。

目前，美国和少数其它发达国家已经具备了较为成熟的GPS抗干扰技术，北斗导航系统的抗干扰技术目前仍不成熟，是近年来的的研究热点。目前主流的抗干扰处理算法都是以阵列天线为基础。本文提出结合可变增益放大器设计的阵列天线接收信道，可以使抗干扰接收机实现较高抗干扰指标。

一、信道实现方案及可变增益放大器应用

1.1 信道方案考虑

对阵列信号处理而言，接收通路的幅度相位一致性指标极为重要，直接影响最终的抗干扰性能。设计师总希望各通道的幅度相位差值越小越好，这往往需要认真挑选器件，严格控制印制板和机械加工精度，以及精心调试。而在电路拓扑上，需采用尽量简洁的电路结构。高中频一次变频的超外差拓扑结构简单，且带外抑制和像抑制指标都较好，较适合于抗干扰接收信道的设计。

抗干扰接收机为实现抗干扰功能并优化抗干扰性能，需注意以下三点：

首先，干扰信号会远远大于有用信号。就目前国内的技术状态，60dB的干扰信号比是最低要求，即干扰信号最小为：-130dBm+60dB=-70dBm.

其次，由于中频采样ADC的满量程输入幅度一定，单端输入时常常为lVpp，差分输入时常常为2Vpp，所以存在干扰的情况下信道增益必定较低。为保证信道幅度、相位一致性，干扰功率在未超过某个设定门限值时接收信道增益保持固定，随着干扰功率逐渐增大到门限值，AGC开始起控，中频输出幅度达到最大值并保持不变。这个门限值由信道增益及中频最大输出幅度决定。AGC功能由可变增益放大器实现。

再者，由于接收信道增益低，无干扰情况下输出中频输出幅度较低，为避免ADC采样后信噪比的恶化，保证系统灵敏度，需采用较高的量化位数，通常为14bit或16bit。

1.2 信道方案设计

下面以某产品中的接收机信道为例来说明由可变增益放大器实现AGC控制的过程。此产品为四阵列天线抗干扰接收机，具体接收信道方案如下图1所示：

图1四阵列天线接收信道方案框图

有用信号与干扰信号一起由天线接收，经低噪放放大后送入混频器得到中频信号，滤波后送入可变增益放大器再次放大，再经过抗混叠滤波器后送入数字处理单元，进行AD转换和抗干扰的数字信号的处理，再进行有用信号的解调处理，最终获取导航信息。

此接收信道中，低噪放增益为35dB，混频增益为4dB，滤波器插损为4dB，可变增益放大器增益受输入干扰功率影响，约为OdB-15dB范围，中频最大输出幅度为8dBmn

1.3 可变增益放大器应用

ADI公司有一系列的可变增益放大器器件可选，根据设计需求，本产品中选用型号为AD8368模拟控制的可变增益放大器。图2是AD8368在信道中的应用电路。

图2 AD8368在信道中的应用电路

此应用电路需注意以下关键点：

（1） MODE脚接低电平，设置AD8368为负斜率增益控制。（2） DETO脚到GAIN的二极管V1设置AD8368为准AGC模式，其增益不完全由AGC电路控制。（3） GAIN脚的电位器VR1设置AGC未起控时AD8368的增益。（4）OUT到DETI的电阻网络R3R4设定最大输出幅度：8dBm。当输入较小时，输出幅度低于8dBm，AGC未起控，其增益由电位器控制，大约为15dB。当输入继续增加，使输出达到8dBm，AGC起控，DETO电压逐渐增大，二极管导通，使GAIN电压增大，从而使增益降低，保持中频输出恒定。

二、结果测试

输入功率为-50dBm的单音干扰时信道中频输出如图3所示，此时AGC未起控，信道增益为50dB，高起的平台为热噪声放大后经滤波器形成带通包络。

图3 AGC未起控时信道中频输出

干扰功率增加到-35dBm时中频输出如图4所示，此时AGC已起控，增益约为43dB，输出保持8dBm。由于增益降低，热噪声包络也随之降低。

图4 AGC起控后信道中频输出

三、结束语

随着北斗系统在军事领域的逐步深入，具有抗干扰功能的北斗接收机将得到广泛应用。结合可变增益放大器设计的阵列天线接收信道，链路简洁，成本低，可靠性高，能够保证较好的幅度计相位一致性，从而实现较高抗干扰指标，在北斗抗干扰领域有良好的应用前景。

参 考 文 献

[1]吕伟，朱建军.北斗卫星导航系统发展综述[J].地矿测绘，2007，23（3）：29-32

[2]侯者非，王学东，陈国军.GPS干扰与抗干扰技术研究[J].现代电子技术，2004，（23）：99-100

[3]陈强.北斗二号抗干扰接收机关键部件的设计与实现[D].西安：西安电子科技大学，2012

[4]李柏渝，伍俊，李蓬蓬，周力，欧钢，大动态范围抗干扰导航接收机AGC电路性能分析与优

化设计[J].微波学报，2004，（8）：659-663