一种超外差接收机的射频前端设计

散来源介绍了射频前端的混频方案。
关 键 词 ：超 外 差 接 收 机 ；射 频 前 端 ；接 收 灵 敏 度 ；测 频 中 图 分 类 号 ：ＴＮ９７１ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：ＣＮ３２－１４１３（２０１３）０４－０１１０－０３
通过 混 频 分 析 发 现，低 频 段 如 果 直 接 将 射 频 信 号混频到接收机需 要 的 中 频 信 号，低 次 交 调 产 物 将 落 在 频 带 内 ，难 以 滤 除 ，会 严 重 影 响 系 统 的 杂 散 指 标 和测 频 精 度。 如 ６～７ ＧＨｚ 这 一 段，需 要 混 频 到 ２．５～４．５ＧＨｚ，本 振 在 ９．５～１０．５ ＧＨｚ之 间 不 论 选择哪一个，ｆｌ～２ｆｒ 都 不 免 落 在 带 内，而 混 频 器 和 放 大 器 对 ３ 阶 交 调 的 抑 制 能 力 也 有 限 ，为 此 ，需 要 将 低频段信号 先 进 行 一 次 上 变 频。 如 图 ２，通 过 本 振
２０１３ 年 ８ 月 第 ３６ 卷 第 ４ 期
舰船电子对抗
ＳＨＩＰＢＯＡＲＤ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＣＯＵＮＴＥＲＭＥＡＳＵＲＥ
Ａｕｇ．２０１３
Ｖｏｌ．３６ Ｎｏ．４
一种超外差接收机的射频前端设计
鲁 帆 ，刘 治 甬
（船舶重工集团公司７２３所，扬州 ２２５００１）
摘要：介绍了超外差接收机的基本原理，并给出一种应用于６～１８ＧＨｚ测频接收机射 频 前 端 的 设 计，通 过 分 析 其 杂
２ｆｌ２ －３ｆｒ ２ｆｌ２ －３ｆｒ ２ｆｌ２ ～３ｆｒ ２ｆｌ２ －３ｆｒ 高于５阶 高于５阶
４ 方案仿真
最后，使用高级 设 计 系 统 （ＡＤＳ）软 件 对 本 方 案 进行频域仿 真。 以 ６．２５ ＧＨｚ信 号 输 入 为 例，电 路 图和仿真结果如图３和图４所示。
０ 引 言
随着 电 子 战 技 术 的 不 断 进 步，电 子 侦 察 环 境 日 趋 复 杂 ，相 应 地 ，对 电 子 侦 察 系 统 的 性 能 要 求 也 越 来 越高。电子侦察系统的性能提高一是要采用高性能 天 线 和 天 线 阵 ；二 是 需 要 设 计 合 理 的 射 频 前 端 部 分 ， 为 后 端 接 收 机 提 供 高 灵 敏 度 、大 动 态 范 围 、高 信 噪 比 的中频信号；三是提 高 后 端 接 收 机 自 身 的 灵 敏 度 和 测频精度 。 ［１］ 本文阐述了一种测频接收机高频 前 端 设 计 原 理 ，采 用 分 频 段 变 频 接 收 方 式 ，侦 收 大 范 围 远 距离的辐射源，具 有 高 灵 敏 度、大 动 态 范 围 以 及 较 低的虚警率等优势，能 在 较 小 体 积 下 对 ６～１８ＧＨｚ 宽带信号进行无失真侦收。
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舰 船 电 子 对 抗
第 ３６ 卷
好。１０～１８ＧＨｚ这一段以２ＧＨｚ带宽均分为 ４ 个 频段；８～１０ＧＨｚ采用 两 通 道 开 关 滤 波 器 组 再 细 分
段混频方式和交调产物如表１所示。 由表１可以清 楚 地 看 出，射 频 前 端 混 频 的 交 调
为 ８～９ ＧＨｚ、９～１０ ＧＨｚ ２ 个 频 段 。 之 所 以 低 频 段 划 分为１ＧＨｚ带宽，是由于以２ＧＨｚ带宽来混频的
图 ２ 低 频 段 信 号 框 图
天 线 和 高 频 前 端 按 照 频 段 分 为 ：６～８ ＧＨｚ，８～ １０ＧＨｚ，１０～１２ ＧＨｚ，１２～１４ ＧＨｚ，１４～１６ ＧＨｚ， １６～ １８ ＧＨｚ。 经 过 高 频 前 端 下 变 频 至 中 频 ２．５～４．５ＧＨｚ，送给后端测频接收机。之 所 以 这 么 划 分 频 段 ，主 要 是 依 据 ２ 个 原 则 ：一 是 在 测 频 信 道 不 跨越倍频程的前提 下 增 加 信 道 的 带 宽，这 样 可 保 证 信号通过信道的延 迟 时 间 不 致 过 长，而 且 考 虑 到 系 统的工程成本问题；二 是 为 了 满 足 测 频 对 带 内 干 扰 抑制的要求，带 内 交 调 产 物 阶 数 越 高、幅 度 越 小 越
（１）
式中：１０ｌｇｋＴ 为接 收 机 入 口 处 的 基 底 噪 声，在 室 温
下，绝对温度 Ｔ＝２９０Ｋ，ｋ 为波尔兹曼常数，可以算
出基底噪声 为 －１７４ｄＢｍ；Ｗ 为 接 收 机 的 带 宽；Ｎｆ
为接收机的噪声；Ｅｂ／Ｎｏ 的值为接收机的噪声门限。
若基 底 噪 声 和 噪 声 门 限 一 定，那 么 接 收 机 的 灵
产物大于或等于５ 阶，满 足 后 端 接 收 机 测 频 所 需 的 信号质量 要 求。 混 频 所 需 的 固 定 本 振 有 １０ ＧＨｚ，
话，３ 阶 交 调 产 物 ２ｆｒ ～ ｆｌ 会 落 在 带 内 难 以 滤 除。 １１ＧＨｚ，１１．５ ＧＨｚ，１２．５ ＧＨｚ，１４．５ ＧＨｚ， 如８～１０ＧＨｚ与 本 振 １２．５ ＧＨｚ混 频，３ 阶 交 调 产 １６．５ＧＨｚ，１８．５ＧＨｚ，２０．５ ＧＨｚ，可 以 采 用 介 质 振
整 体 噪 声 系 数 就 越 小 ，但 放 大 器 的 增 益 也 不 宜 过 大 ，
应该合理设置整个 系 统 的 增 益 链 路，否 则 多 信 号 输
入产生的三阶互调 信 号 将 难 以 滤 除，另 外 增 益 过 大
也容易造成大信号 输 入 时 放 大 器 饱 和，影 响 系 统 信
噪 比 ，降 低 系 统 线 性 动 态 范 围 。 本 方 案 中 ，天 线 接 收
改变本地振荡频率ｆ１ 的方法使 混 频 后 的 中 频 ｆｉ 保 持 为 固 定 的 数 值 ［２］。
２ 灵敏度设计
超外差接收机的设计既要保证接收灵敏度和动
态范围，又要兼顾降 低 接 收 机 虚 假 响 应 和 整 体 噪 声 系数。根据接收机灵敏度公式 ： ［３－４］
Ｐｍｉｎ ＝１０ｌｇｋＴ ＋１０ｌｇＷ ＋Ｎｆ ＋ＮＥｂｏ
１ 超外差接收机
本接收机采用超外差方式。超外差接收是指将 天线接收的信号经 高 频 放 大 器 放 大，与 本 地 振 荡 器 产 生 的 信 号 一 起 加 入 混 频 器 变 频 ，得 到 中 频 信 号 ，再 经中频放大送给测频接收机。接收机的工作频率范 围 往 往 很 宽 ，在 接 收 不 同 频 率 的 输 入 信 号 时 ，可 以 用
物 会 落 在 ３．５～４．５ ＧＨｚ一 段 。 同 样 ，６～８ ＧＨｚ通 过开 关 滤 波 器 组 再 细 分 为 ６～６．５ ＧＨｚ，６．５～
荡器（ＤＲＯ）＋混 频 的 方 式 实 现。 另 外，为 避 免 多 信 道互相泄漏干扰，可 以 在 每 一 路 进 入 单 刀 多 掷 开 关
７ＧＨｚ，７～７．５ＧＨｚ，７．５～８ＧＨｚ ４ 个 频 段。 各 频 前加上隔离器，使信道间的电磁兼容性能更好。
收 稿 日 期 ：２０１３－０６－０５
第４期
鲁 帆 等 ：一 种 超 外 差 接 收 机 的 射 频 前 端 设 计
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器。根据级联放大器的噪声公式：
Ｎｆ ＝ Ｎｆ１ ＋ Ｎ２ｆＧ１－１＋ ＮＧｆ３１Ｇ－２１＋ … ＋
Ｎ ｆｎ －１ Ｇ１Ｇ２…Ｇｎ
（２）
前 端 放 大 器 的 噪 声 系 数 越 小 ，增 益 越 大 ，系 统 的
敏度就主要取决于带宽和噪声。
对于 射 频 前 端 的 设 计，为 了 取 得 尽 量 高 的 灵 敏
度 ，一 方 面 可 以 降 低 系 统 噪 声 ，另 一 方 面 可 以 在 不 改 变系统整体接收带 宽 的 前 提 下，利 用 分 频 段 变 频 滤 波的方式使进入接收机信道的带宽变窄。
为实 现 这 些 目 标，可 在 前 端 选 取 高 性 能 的 放 大
３ 混频方案的设计
图 １ 射 频 前 端 框 图
将较低频段混频到高中频。
值 得 注 意 的 是 ，作 为 变 频 接 收 系 统 ，本 振 的 谐 杂 波、变频的交调分量 等 杂 波 极 易 落 入 有 用 信 号 带 内 形 成 干 扰 。 因 此 ，选 择 合 理 的 混 频 方 案 ，使 得 交 调 干 扰尽量不要落在带 宽 之 内，需 要 在 系 统 内 对 接 收 通 道的杂 散 特 性 进 行 优 化 设 计，尽 量 抑 制 干 扰 信 号 幅度。
另一方面可对天线接收频率做频段预选滤波。
因为在实际信号环 境 下，进 入 接 收 天 线 的 信 号 频 谱
很多，除了有用信 号 外，还 有 杂 波 和 干 扰 信 号 频 率， 所以在设计接收机 的 射 频 接 收 前 端 时，为 了 使 有 用 信号都被接收，必 须 使 动 态 范 围 足 够 大。 作 为 有 高 线性大动态范围的 接 收 系 统，不 仅 能 够 检 测 并 放 大 所期望的有用信号，更 重 要 的 是 接 收 系 统 对 大 信 号 的非线性互调产生的虚假响应要具有高度的抑制能 力。除了依靠放大器本身对于交调信号的抑制能力 外，还可以 将 整 个 频 段 进 行 合 理 的 分 段 滤 波 接 收。 这 样 做 有 ２ 个 好 处 ：一 是 降 低 了 多 信 号 环 境 下 ，对 信 号进入一个频带内 进 而 产 生 交 调 信 号 的 可 能 性；二 是信道化接收的带 宽 相 对 较 窄，可 以 有 效 降 低 系 统 的噪声，进一步提高系统的灵 敏 度。 如 图 １，接 收 天 线与 高 频 前 端 按 照 频 段 由 低 到 高 分 成 ｎ 段 （１，２， …，ｎ ），与适当的本振信号混频到中频，经过单刀多 掷开关分别选通，输 出 给 后 端 测 频 接 收 机。 整 个 测 频系统通过扫描的 方 式 分 别 选 通 每 个 频 带，并 测 量 带 内 的 信 号 ，以 完 成 对６～１８ ＧＨｚ宽 带 的 测 频 任 务 。
表 １ 射 频 前 端 混 频 产 物 分 析 表
ｆｒ（ＧＨｚ） ｆｌ１（ＧＨｚ） ｆｏ（ＧＨｚ）
交调产物
ｆｌ２（ＧＨｚ） ｆｉ（ＧＨｚ）