射频前端设计

1、接收机射频前端(RF front-end )研制概要1射频前端的总体框图宽带接收机是技术含量很高的设备，我国无线电监测长期依赖进口接收机，尽管近些年国 产接收机进步很大，国内不少公司也推出了些窄带和宽带接收机，但总的来说国产接收机品种 较少、质量中等(可能个别指标接近国际先进水平)，国产超短波监测接收机相位噪声、中频带 宽、中频动态、扫描速度等指标均不是很高，高端接收机和国外产品还是有一定差距。接收机的结构分为超外差式、零中频、低中频、Hartley结构、weaver结构等，但在无线电 监测领域，只能是超外差结构，因为它的动态范围大，频率范围宽，灵敏度好，本噪低等，性 能指标是所有其他结构中最

2、好的一个。只是体积和重量偏大，却是无线电监测的唯一选择。接收机中的核心和关键模块为射频前端(RF front-ends)，射频前端一般由预选器模块、本 振模块、第一级混频模块、第二级混频模块、第三级混频模块，以及相应控制电路和电源电路等组成。-学我 第I7-.T二n圳电源及控制电路图1射频前端电路框图2射频前端的指标射频前端的指标应该充分反应射频前端的功能和性能，指标列表见表1表1射频前端指标序号指标希望值实际达到的值1接收频率20 皿3 GHz序号指标希望值实际达到的值2调谐分辨率1用Z3调谐时间（频率跳变12M）3 ms（典型值）（努力做到500 ）10 ms（最差值）4链路增益常规模式：

3、43dB2dB（常温）43dB3dB（全温）常规模式监测输出：23dB2dB（常温）23dB3dB（全温）低失真模式：33dB2dB（常温）33dB3dB（全温）低失真模式监测输出：13dB2dB（常温）13dB3dB（全温）5噪声系数（低失真模式下噪声系数会高一些）常规模式：波段I： 13dB波段 II： 14dB低失真模式：90dB80dB7中频抑制90dB （典型值）80dB （最差值）8射频衰减0-40dB（可数控，10dB步进）低失真模式下范围减小10dB9中频衰减0-20dB（可数控，1dB步进）10中频输出idB压缩点13dBm（要求中频输出达A/D满电平幅度4dBm时不压缩）序

4、号指标希望值实际达到的值11射频输入1dB压缩点10dBm （射频衰减量30dBm时）12输入带外二阶截点常规模式：45dBm（典型值）45dBm（最差值）低失真模式：52dBm（典型值）47dBm（最差值）13输入带外三阶截点5dBm（常规模式，监测输出端测试）15dBm （低失真，监测输出端测试）14中频频率70 MHz15中频带宽（-3dB）250 kHz、30 kHz、40 MHz30 kHz： BW(3dB)：25 kHz35 kHz16中频矩形系数17杂波信号-110dBm（折合到输入端大于-110dBm的点不多于5个，最差值-107dBm）18频率稳定度10-919相位噪声-93

5、dBc/Hz10 用 z(典型值)-87dBc/Hz10 Z(最差值)20定频点增益波动2dB（全温）21全频带增益波动3dB（全温）22允许最大射频输入20dBm23外参考时钟输入10帆z，功率0-5dBm、50Q（待确认）24外参考输出10 MHz，功率 0-5dBm、50Q （待确认）25整机功耗26输出采样时钟频率27输出采样时钟功率(|im|iVm/sms|ismVmWMHzGHzkHz)28输出采样时钟杂散抑制序号指标希望值实际达到的值29具备功能1.频率微调功能；2.控制接口数据回传 功能。30重量：31外形尺寸300mm*i80mm*35mm（？）32射频接口超短波射频入(SM

6、A-K) /中频输出(SMA-K)采样时钟出(SMA-K)33电源及控制接口1.提供配套电源；2.电源接口与控制接 口分开；3.控制接口采用IDC-10P接 口 4.电源接口采用DB-9接口。34工作温度范围-20 C 到+60 C3射频前端各模块3.1预选器3.1.1预选器的框图、工作过程、作用等预选器的框图如下：r111L过器一7 及1 保!TI,Ij放控射现期 h事破费.步 iSlOdE-I I .亚修源程醴 波翳很图2预选器框图RF输出放电管TVS预选器的工作过程和作用射频信号经天线进入射频前端，通过一个防过载和防雷击装置后，经过一个“数控射频衰减 器”，进入一个多路选择开关，选中其中

7、的一路滤波器，再进入射频前端放大电路（或放大器）， 进入下一个模块。预选器完成以下几个作用：a）对整个射频前端进行保护，防止过高电平信号、或雷击信号进入后续电路而损坏整个仪 表。b）对输入信号进行分段滤波（亚倍频程滤波器），减轻后续滤波压力。c）放大器对滤波器形成的信号衰减进行补偿。d）数控射频衰减器可以实现从0-40dB的衰减控制，防止大信号输入时系统损坏与饱和。e）可以通过自发信号对整个仪表进行自测试（内部测试）。3.1.2防过载及防雷击装置为了防止过载和雷击损坏整个装置，在仪表的前端设置了一个保护装置，如下图3RF输入O图3防过载保护装置当遇雷击时气体放电管导通放电；当输入信号过载时，T

8、VS和Z两雪崩二极管和瞬态二极管导 通，从而起到保护作用。R为自恢复PTC保险丝，推荐型号：FSMD030-2920，正常时其电阻只有几m，但当电压增加 到临界值，电流急剧增加时，电阻也急剧增加，从而阻断输入信号，对整个电路进行保护。3.1.3亚倍频程滤波器亚倍频程滤波器是预选器中的重要部件，其作用是在射频的前端事先对射频信号进行分段滤 波，滤除那些可能会产生二阶互调产物的带外强干扰，减少下级变频杂散分量，减少下级中频 滤波压力，同时又能阻止第一级本振电压通过第一混频器反向辐射。亚倍频程滤波器本身应该是无源器件。亚倍频程滤波器也称为半倍频程滤波器，其英文为suboctave filter，亚倍

9、频程滤波器一般是 以“组”出现，所以一般常称为“亚倍频程滤波器组suboctave filter set”。是由“跟踪滤波器”演变而来，也即系统需要滤除某个频段时就接通那个频段，达到最佳滤波效果。123 n图4亚倍程滤波器框图高电平12伏）图5亚倍频程开关电路示意图3.2本振电路3.2.1本振电路框图框图如下图所示，时钟源部份，单片机控制部份、和本振电路部份三大块，由于有三级混频，本振电路 必须提供三个本振频率，第一本振频率是可调的，第二、三本振频率则是固定的。内部高尊 寇度高牌 jflDUH: 时钟源lOMHsJl仲整莺鞘 由辎片机1H【第二股混频本侮翰j出：I定颇L 1I第M股混I频本槌翩

10、5 0L1K.蜜颇图6本振电路框图3.2.2时钟源时钟源分为外部参考时钟源和内部时钟源，当使用外部参考时钟源时，内部时钟源自动断开， 外部时钟源主要的作用就是为了同步，一般是在双通道或多通道测向时需要采用。外部时钟源 的精度稳定度就无法控制。不作双通道测向时，则主要是靠内部时钟源提供时钟基准。内部时钟源采用高稳定度时钟， 稳定度为10-9-10-7。同时，也向外提供10MHz的时钟输出。如下图:图7时钟源框图3.2.3本振电路及噪声分析接收机本振源采用了 DDS+PLL混合合成的技术，如错误!未找到引用源。所示。图8接收机本振源原理这个框图只是一个本振的大致框图，具体电路应该根据本方案的要求对

11、电路作相应的改动， 以适应要求。由图可见，参考频率为10岫，高速DDS根据需要产生所需要的信号，经过滤波器组初步滤 除谐波杂散，送入后续的PLL做激励信号。VCO产生的信号经过合适的分频与激励信号比较，锁 定频率和相位。接收机的相位噪声指标主要取决于本振相位噪声，这个方案其基础相位噪声为参考源相位噪 声，而输出信号在此基础上有一定的恶化，恶化程度则主要取决于PLL本身的噪声+分频器分频 系数带来的噪声恶化+DDS噪声恶化。在选取低噪声的鉴频鉴相器和VCO器件后，系统的主要噪 声恶化就取决于后两者。分频器分频系数若为N，其带来的噪声恶化为20Log(N)，若M为DDS 输出频率与参考频率比，则DDS的噪声恶化等于20Log(M)。如当M=0.5,N为50时，此时总噪 声恶化约为30dB，若要实现本振输出达到-120dBc/Hz10