超外差接收机信道的设计与实现

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 超外差接收机信道的设计与实现 摘 要超外差接收原理广泛应用 于监测接收机，同时也广泛应用于搜索 接收机等，而变频信道是接收机的关键 设备，其性能的优劣直接影响整个接收 机的性能。本文介绍了 20MHz-500MHz VHF 频段超外差接收机信道的设计和实 现。 中国论文网 /1/view-12790279.htm 关键词 变频 杂散抑制 噪声系 数 中图分类号：TN851 文献标识 码：A 文章编号：1009-914X（2015） 20-0305-01 超外差式接收机是最经典、最具 生命力、应用最普遍的一种窄带接收机 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 体制。由于它是将射频信号变频后在固 定的中频上实现选择和放大，所以，同 时具有高灵敏度、高选择性和高动态范 围的优点。超外差接收机，是一个混频 的过程，在这个过程中，由天线接收的 输入信号，经变频信道混频后得到一个 低中频信号，放大后送入解调器。变频 信道是接收机的关键设备，其噪声性能、 杂散抑制、镜频抑制等指标，都直接影 响整个接收机的性能，为了获得最好的 接收性能，应该对变频信道进行精心设 计。 1 VHF 频段信道指标要求 VHF 频段信道指标要求为： 输入频率：20MHz-500MHz， 输出频率：64MHz/20MHz ， 增益：43dB， 噪声系数：12dB， 中频抑制：80dB， 镜像抑制：80dB。 2 VHF 频段信道设计方案 2.1 预选器方案 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 设计接收机前端信道时，一般要 在信道的入口设置预选滤波器，预选器 要具有良好的单向性能和良好的反向隔 离性，防止除接收频率以外的干扰信号 进入和防止本振信号通过接收天线泄露。 由于预选器处在信道前级，其对噪声影 响很大，所以该预选滤波器选择为低损 耗的无源滤波器。 高放电路选择低噪声、高增益的 集成放大器，目的是补偿预选器的损耗， 提高信噪比、加强混频器/本振电路与输 入口的隔离。 2.2 变频方案 变频，是将信号频率由一个量值 变换为另一个量值的过程。具有这种功 能的电路称为变频器（或混频器） 。混 频是超外差接收机必须进行的过程，由 于混频器的非线性，其输入频率 fr、输 出频率 fi 和本振频率 fl 之间存在以下关 系： 混频器（混频器和频率混合器是 由区别的，频率混合器是把几个频率的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 信号线性的迭加在一起，不产生新的频 率）是利用电路的的非线性，产生输入 信号和本振信号的和频或差频（混频器 从工作性质可分为两类，即加法混频器 和减法混频器分别得到和频和差频） ， 实现频谱搬移。但由于混频器的非线性， 在其输出端会产生丰富的输入信号和本 振信号的谐波及他们的组合干扰。为了 提取有用信号，通常在混频后设计滤波 器来滤除无用的干扰信号。但是如果干 扰信号落入信道带宽内，则无法用滤波 器滤除，当其电平过高时，就会造成接 收机产生虚假响应，影响其使用性能。 因此在确定变频方案时要避免或减小带 内组合干扰信号。 VHF 频段信道若采用一次变频 方案，本振信号将不可避免的落入中频 带宽内无法滤除，可考虑采用二次变频 方案。在进行变频方案设计时，一中频 信号频率可选在 20MHz500MHz 带外 较远处，便于抑制中、镜频信号。确定 一本振和二本振的频率时，要尽量避免 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 它们的组合干扰落入中频带宽内，无法 避免时，要用一中滤波器对一本振及其 谐波进行抑制。二中滤波器主要是抑制 放大、混频产生的干扰和杂波及取出中 频信号。综合以上几点要素，设计 VHF 频段信道的一本振频率为 780MHz1260MHz，二本振频率为 696MHz。 2.3 信道框图 设计信道框图如图 1 所示。 3 主要技术指标分析 3.1 杂散抑制 VHF 频段信道采用图 1 变频方案， 产生的带内杂散主要有：（1）信号和 本振多次谐波产生的组合干扰，此类组 合干扰的电平和信号幅度的大小有关， 信号幅度越大则干扰信号的电平也就越 高。由于在 V H F 信道设计中，进入混 频器信号的幅度较低，约为-76dBm，其 和本振多次谐波产生的组合干扰可忽略 不计。 （2）一本振和二本振间的组合干 扰（高阶交调分量） 。抑制本振间的组 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 合干扰，采取的主要措施是在一混后利 用一中滤波器对一本振及其多次谐波进 行抑制，具体抑制度和信号的大小及混 频器本身的非线性特性有关。VHF 频段 信道中，一混输出后信号电平为- 82dBm，一本振电平为-17dBm，一本振 二至四次谐波电平均低于-32dBm。一中 滤波器选用 760MHz/21MHz 介质带通 滤波器、760MHz 介质低通滤波器和 900MHz 的 LC 低通滤波器，对一本振 二至四次谐波抑制优于 60dB，对一本 振抑制优于 30dB。通过各一中滤波器 后，一本振的二至四次谐波均比信号电 平低 10dB，其和二本振产生的高阶交 调分量电平远小于二混后信号输出电平， 可忽略不计。经过一中放大器和一中滤 波器后，一中信号和一本振信号在第二 混频器前电平分别为-76dBm 和- 41dBm，由于一本振信号功率很小，经 过第二次混频后产生的一本振多次谐波 和二本振多次谐波的组合干扰信号比二 中信号小 20dB 以上，可满足使用要求。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 3.2 噪声系数 一个变频信道，往往是由多个有 源或无源网络级联组成的，信道的噪声 系数即为各网络级联后的总噪声系数， 计算公式如下： 其中，Fi 为第 i 级网络的噪声系 数，Gr 为第 r 级网络的增益， F 为系统 的总噪声系数。由公式可以看出，第一 级起着非常关键的作用，必须在设计中 给予足够重视。系统噪声主要由前置放 大器决定，而其余各级放大器所提供的 额外放大和滤波功能，却只对信号和噪 声进行放大，而不改变信噪比，因此在 V H F 频段下变频信道混频之前设计了 低噪声放大器（系统中干扰互调分量随 输入信号幅度而加大，故互调最大发生 在后面级，因此必须兼顾两者） 。 有耗无源网络的噪声系数 F=LF， （LF 为网络的插入损耗） 。由于 VHF 频段信道的最前端设计了预选滤波 器组，其插入损耗将直接转换为信道的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 噪声系数，因此设计滤波器时要注意在 保证其抑制度指标的基础上尽量减小插 入损耗，同时还要选择插入损耗小的电 子开关。 3.3 中、镜频抑制 当输入信道的射频信号为 fR，本 振信号为 fL，输出的中频信号为 fI 时， 其镜频频率为 2fLfR。镜频信号和本振 信号混频同样可以产生中频信号，如果 信道对镜频信号抑制不够，接收机就会 对这个本没有的外界信号产生虚假响应。 同样，如果信道对中频信号抑制不够， 中频信号亦可直接从信道的输入端传输 到输出端，使接收机产生虚假相应。设 计时主要在混频之前对镜频信号和中频 信号进行抑制，镜频抑制主要依靠滤波 器对频率的选择性，抑制中频信号，除 了利用滤波器的选择性外，还可以选用 射频-中频隔离度高的混频器。 4 测试结果 信道设计、调试完成后指标测试 结果： -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 增益44dB， 噪声系数11.5dB， 中频抑制82dB， 镜像抑制82dB。满足各指标要 求。 5 结语 变频信道是接收