接收機中的射頻前端結(jié)構(gòu)及設計技術

現(xiàn)代民用及軍用設施使用電子設備繁多，電磁環(huán)境復雜，相互干擾嚴重。一般地，車、船和飛機上的通信設備收發(fā)機都集成在一起。以短波通信設備為例，發(fā)射機的殘余信號在接收機輸入端產(chǎn)生的電平達120dBμV（即13dBm）或更高。而接收機所需接收的微弱信號電平可能僅-6～0dBμV（即-117～-113dBm）。因此，要求接收機處理的信號動態(tài)范圍高達120～126dB。另外，高電平干擾信號與所接收信號頻率僅相距數(shù)十千赫，所以，高電平干擾信號和它們在接收機中產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物會嚴重影響接收機的輸出信噪比。為了降低這種影響，就要求接收機具有以下性質(zhì)：

·高選擇性，接收機的動態(tài)范圍盡可能要大；
·高線性，在信道濾波之前，降低帶外高電平干擾信號在信道濾波器通帶內(nèi)產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物；
·極低的本振相位噪聲，以免鄰近的干擾信號將本振噪聲轉(zhuǎn)換到接收機信道帶寬內(nèi)。

作為接收機重要組成部分的接收機射頻前端是接收機動態(tài)性能的關鍵部件，它工作于中頻放大器之前。諸如動態(tài)范圍、互調(diào)失真、-1dB壓縮點和三階互調(diào)截獲點等，都與接收機前端的性能有直接關系。本文以下將介紹接收機中的射頻前端設計技術。

射頻前端的幾種結(jié)構(gòu)

1、最簡單的射頻前端結(jié)構(gòu)

接收機前端電路有幾種不同的結(jié)構(gòu)。圖1示出了一種最簡單的形式。這種結(jié)構(gòu)無射頻放大器，在帶通濾波器之后，只有混頻器和本機振蕩器。帶通濾波器的輸入來自天線，其輸出經(jīng)過混頻器到達中頻放大器進行后續(xù)處理。

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圖1? 簡單射頻前端結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)的主要特點是：第一，在實現(xiàn)中所需成本比其它結(jié)構(gòu)少；第二，避免由于處理無用的能量而消耗混頻器的動態(tài)范圍。

帶通濾波器具有良好的前向性能（在通頻帶范圍內(nèi)）和良好的反向隔離性能。這樣可以防止本振信號能量輻射到天線，進而避免天線輻射這些信號能量。帶通濾波器有三個主要任務：

·限制輸入信號的帶寬以使互調(diào)失真最?。?br /> ·削弱亂真響應，主要是鏡象頻率和1/2-中頻頻率問題；
·抑制本機振蕩器輻射到天線的能量。

2、稍微復雜的前端結(jié)構(gòu)

第二種前端結(jié)構(gòu)如圖2所示。這種結(jié)構(gòu)使用了一個射頻放大器。該射頻放大器的增益較低--一般低于20dB。高于20dB的增益可能會使系統(tǒng)穩(wěn)定性受到損害，并且不能達到互調(diào)截獲點。

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圖2? 使用射頻放大器的前端結(jié)構(gòu)

射頻放大器的目的是隔離混頻器，同時在混頻之前將信號放大。這種放大可以補償混頻器和帶通濾波器中的損耗。射頻放大器的主要特點是改進了混頻器/本機振蕩器電路與天線電路之間的隔離。

3、更完善的前端結(jié)構(gòu)

第三種結(jié)構(gòu)如圖3。與上述兩種結(jié)構(gòu)相似，該結(jié)構(gòu)也有混頻器和本機振蕩器電路，或者是包含混頻器和本機振蕩器的轉(zhuǎn)換器。該結(jié)構(gòu)與前一種結(jié)構(gòu)的不同之處是增加了一個帶通濾波器。

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圖3? 更復雜的前端結(jié)構(gòu)

兩個濾波器可以有同樣的中心頻率，但這并不是最好的設計方法。一般將第二個濾波器的頻率調(diào)至鏡象頻率，該頻率是射頻加上或減去2倍的中頻，并與射頻信號分別位于本振頻率的兩邊。這樣，該鏡象頻率與射頻信號一樣，在混頻器中經(jīng)過同樣處理，因此可以作為有效信號在系統(tǒng)通過。