| 一、引言
微波轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備由接收和轉(zhuǎn)發(fā)兩部分組成,接收與發(fā)射共用本振。隨著數(shù)字集成電路的迅速發(fā)展,本振電路多采用體積小、可靠性高的單片大規(guī)模集成數(shù)字頻率合成器,因此在接收信道中存在高電平干擾信號和數(shù)字干擾信號,數(shù)字干擾脈沖具有很寬的頻譜。當(dāng)這些干擾信號通過系統(tǒng)非線性作用時(shí),干擾頻率有時(shí)恰好等于或接近有用信號的頻率。由于接收機(jī)是靈敏裝置,干擾對它的影響也比大多數(shù)基帶電路表現(xiàn)得敏感,當(dāng)這些干擾頻率進(jìn)入接收機(jī)通頻帶內(nèi)時(shí),它們被放大和鑒頻、鑒相,其原理與處理有用信號相同,因此導(dǎo)致接收機(jī)性能惡化。為了降低和控制這種影響,接收信道應(yīng)具有下面的特性：（1）線性好、動(dòng)態(tài)范圍大,在信道濾波之前,降低帶外干擾信號在信道帶寬內(nèi)產(chǎn)生的組合干擾、互調(diào)及交調(diào)分量,并保證接收信號在信道內(nèi)具有足夠的動(dòng)態(tài)范圍;（2）降低本振的相位噪聲和雜散,以免將本振噪聲和雜散信號帶到接收機(jī)信道帶寬內(nèi);（3）加強(qiáng)系統(tǒng)內(nèi)數(shù)字電路的濾波及合理的印制板布線、供電。
接收信道部分通常是由低噪聲放大電路、濾波器、混頻器、增益控制電路等組成,它的線性、組合干擾、噪聲、放大器等性能直接影響后續(xù)電路的性能。 二、接收機(jī)前端的組成
圖1給出了常用微波轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備射頻前端的組成,采用二次變頻的方案,它由預(yù)選器、高放、鏡頻濾波器、混頻器、濾波器、本振1、本振2、前中放大器等組成。  各部分電路的作用如下：
�。�1）預(yù)選器具有良好的單向性能和良好的反向隔離性,防止除接收頻率以外的干擾信號進(jìn)入和防止本振（或發(fā)射）信號通過接收天線泄漏;
（2）高放電路選擇低噪聲、高增益的集成放大器,目的是補(bǔ)償預(yù)選器的損耗、提高系統(tǒng)的信噪比、加強(qiáng)混頻器/本振電路與輸入端口之間的隔離;
�。�3）前中濾波器主要是實(shí)現(xiàn)鏡像抑制,在高放后必須有抑制,否則高放的噪聲系數(shù)會由于放大后的鏡像噪聲混頻進(jìn)入信道而成倍增加。前中頻率越高鏡像抑制濾波器的通頻帶越寬;
�。�4）前中放大器和二中放大器的作用為補(bǔ)償混頻器的損耗,提供給主中放以足夠電平,滿足AGC中放或截止限副中放的最低電平需求;
�。�5）二中濾波器實(shí)際上是一個(gè)低通濾波器,主要是抑制放大、混頻產(chǎn)生組合的干擾和雜波以及取出中頻信號。在混頻器選擇低端輸入,某些干擾信號可能在射頻信號的低端產(chǎn)生,特別是在數(shù)字本振電路中,低端的中頻干擾信號會泄漏到混頻器的輸入端,混頻器對中頻干擾相當(dāng)于一級放大器,能順利的通過后面的電路而形成干擾;
�。�6）一次變頻采用的是低噪聲、大動(dòng)態(tài)、隔離度高的DMOS場效應(yīng)管集成的無源雙平衡混頻器。二次變頻采用的是無源雙平衡混頻器。 三、混頻器及本振設(shè)計(jì)考慮
接收信道是高增益工作,為了保證信道的穩(wěn)定及電路的易實(shí)現(xiàn),需要進(jìn)行頻率變換,使接收機(jī)的放大、濾波、增益控制等在中頻進(jìn)行�；祛l器是非線性器件,它的動(dòng)態(tài)范圍、隔離度、變頻損耗等對系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍、中頻提取、本振隔離、靈敏度等有著非常大的影響。
接收信道的動(dòng)態(tài)范圍,主要決定于前端電路的非線性器件即混頻器,混頻器的動(dòng)態(tài)范圍通常用1 dB壓縮點(diǎn)來反映,高電平混頻器具有高的1 dB壓縮點(diǎn)和高的三階交叉點(diǎn),三階交叉點(diǎn)對通頻帶內(nèi)有多個(gè)干擾信號同時(shí)作用時(shí)特別重要。因此選擇合適的混頻器是很重要的�；祛l器分為有源混頻器和無源混頻器,有源混頻器對本振的要求較低,且隔離度高,但其噪聲性能、動(dòng)態(tài)范圍不如無源混頻器,無源混頻器比有源混頻器有更好的互調(diào)失真性�，F(xiàn)在采用高電平的雙平衡混頻器,由于信號功率平均分配到4只管子上,每只管子上的信號小,故非線性失真小,而且能抑制偶次諧波產(chǎn)生的寄生響應(yīng),還可以抑制本振噪聲。
在混頻器中本振應(yīng)該是純凈頻譜,它的寬帶相位噪聲、雜散都會影響接收機(jī)的靈敏度。數(shù)字頻率合成器的本振電路中有數(shù)字分頻、數(shù)字鑒相器等電路,當(dāng)數(shù)字電路為高頻跳變的電流作用時(shí),都會產(chǎn)生一些新增頻率成分即雜散,其頻譜相當(dāng)寬,在它們具有共同電源和地線或共用一塊印制板時(shí),這些頻率成份會調(diào)相、調(diào)頻振蕩器,調(diào)相、調(diào)頻信號和接近有用信號頻率的雜散信號,通過混頻器進(jìn)入接收信道產(chǎn)生干擾,而且有時(shí)還會通過饋電線、空間輻射、印制板耦合等進(jìn)入接收通道,所以為了盡可能保持頻譜的純凈以防止接收信道的干擾信號產(chǎn)生,在實(shí)際數(shù)字集成電路的每一級電源都應(yīng)有0.1 μ F或0.01 μF的電容跨接到地。由于每一級都有去耦電容,隨時(shí)都在沖放電,所以在印制板上電源的入口處應(yīng)接一大電容。在電源上也可采用數(shù)模電路分開供電,振蕩電路一定要有很好的接地及屏蔽或把數(shù)字電路部分屏蔽,必要時(shí)在本振輸出端加一個(gè)帶通濾波器,使本振輸出雜波盡可能小。 四、信道中的干擾信號
在由數(shù)模混合電路組成的微波轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備中,數(shù)字電路的寬頻譜干擾或本振強(qiáng)信號干擾一定要加以控制或抑制,這些輻射可能壓抑小信號,對這些干擾的抑制能力決定了接收機(jī)性能。
干擾信號影響接收機(jī)正常工作主要有2種形式,一種是與信號同頻的窄帶干擾信號,使接收信道堵塞;二是接收機(jī)頻帶內(nèi)的各種雜散干擾或帶外強(qiáng)信號,通過信道的非線性產(chǎn)生干擾,嚴(yán)重影響接收的性能。
幾種常見的非線性失真中同時(shí)存在一個(gè)或幾個(gè)頻率不同于有用信號頻率的干擾信號時(shí),系統(tǒng)可能產(chǎn)生的組合干擾形式為：信號與本振的組合頻率;外來干擾和本振組合形成的干擾;交叉調(diào)制干擾和互調(diào)干擾。
混頻器可等效為一個(gè)非線性電阻網(wǎng)絡(luò),其電流ｉ可用加到其兩端電壓的冪級數(shù)表示：
將(2)式代入(1)式,并進(jìn)行指數(shù)運(yùn)算得出頻譜特性即為混頻器雜散效應(yīng)圖,在計(jì)算干擾信號時(shí)可由混頻器雜散效應(yīng)圖直接找出信道中是否有干擾頻率存在。在雙平衡器中除了L1±R2（或R2±L1）有相等的輸出外,四階3L1±R2也有較大的輸出振幅,設(shè)計(jì)中要特別加以注意是否有此干擾信號落在接收信道,當(dāng)干擾信號為強(qiáng)信號時(shí),會使信道飽和,增益壓縮,信雜比下降。
當(dāng)信道中有2個(gè)以上干擾頻率或一個(gè)調(diào)幅干擾和一個(gè)單邊帶調(diào)制信號時(shí),它們干擾為互調(diào)干擾和交叉調(diào)制干擾,在分析中由于接收機(jī)的輸入信號很小,略去三階以上的分量,其輸出信號和輸入信號的關(guān)系可表示為
式中V0(t)是系統(tǒng)的輸出信號;
Vi(t)是輸入信號;
a1是線性增益;a2和a3是二階和三階非線性系數(shù)。
假定輸入信號含有兩個(gè)干擾信號和一個(gè)有用信號,即
式中V1、V2、Vs分別代表兩個(gè)干擾信號和一個(gè)有用信號的幅度,ω1、ω2、ωs分別代表各自的角頻率。將(4)式代入(3)式后可得
三階交調(diào)產(chǎn)物實(shí)際上是有用信號被調(diào)幅干擾信號的調(diào)制信號調(diào)幅,它的譜線特點(diǎn)是對稱地、等幅地分布在ωs的兩邊。當(dāng)ω1-ω2或ω2-ω1這個(gè)頻差不大于接收機(jī)同頻帶的一半時(shí),將使有用信號形成調(diào)幅失真,一旦產(chǎn)生此干擾,它會伴隨有用信號一直存在。
三階互調(diào)產(chǎn)物的頻率恰等于有用信號頻率ωs＝2ω1－ω2或2ω2－ω1時(shí),形成虛假信號,造成干擾(實(shí)際上只要2ω1-ω2-ωs落在通頻帶內(nèi)即會造成干擾)。
干擾互調(diào)抑制度和干擾交調(diào)抑制度這兩個(gè)參數(shù),是對多個(gè)干擾信號同時(shí)作用時(shí)或接收多路信號時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生的非線性失真大小的衡量。
系統(tǒng)的非線性是固有存在的,信號通過信道會發(fā)生某種程度的畸變,不管產(chǎn)生的干擾信號落在通帶以外或落在通帶以內(nèi),當(dāng)其能量小于最小可鑒相信號或解調(diào)信號時(shí),就不會對系統(tǒng)產(chǎn)生影響,該系統(tǒng)仍為線形系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)中盡量避開或抑制干擾,使系統(tǒng)成為線性系統(tǒng)。 五、接收信道的噪聲設(shè)計(jì)考慮
噪聲系數(shù)的大小決定了接收機(jī)靈敏度的性能,因此系統(tǒng)中放大器、混頻器、本振、濾波器的噪聲應(yīng)盡可能地小。
對于無源、有損耗的器件,如濾波器或某些混頻器,噪聲系數(shù)由下式給出： 
其中NF是器件的噪聲系數(shù),Lc是器件的變頻損耗,FIF為前置放大器噪聲因子,T為器件噪聲溫度比。
有資料給出器件的T值大約為1左右,因此
式中KPm為器件增益。
由（8）可知,要降低噪聲系數(shù)的關(guān)鍵是第一級,不僅要求它的噪聲系數(shù)小,而且還希望在電路穩(wěn)定的情況下增益盡可能地大。因此在設(shè)計(jì)第一級放大器時(shí),要選用低噪聲器件,使放大器有高的功率增益,但系統(tǒng)中互調(diào)分量隨輸入信號的幅度而加大,故互調(diào)最大發(fā)生在后面級,因此噪聲系數(shù)的選擇必須兼顧兩者,使系統(tǒng)的噪聲系數(shù)滿足要求即可。 六、放大器的設(shè)計(jì)考慮
在接收機(jī)中射頻放大器放大微弱信號,在設(shè)計(jì)中應(yīng)從增益、穩(wěn)定性、選擇性、噪聲系數(shù)等方面來考慮：
�。�1）射頻放大器要有足夠的功率增益、動(dòng)態(tài)范圍,才不致因信號飽和而使系統(tǒng)產(chǎn)生非線性失真;
�。�2）在考慮信道增益的同時(shí)要考慮放大器的穩(wěn)定性,合理地分配電路增益,為防止電路自激采取必要的工藝措施;
�。�3）系統(tǒng)存在雜散干擾信號和噪聲,因此放大器必 |
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