一、引言

　　微波轉發設備由接收和轉發兩部分組成，接收與發射共用本振。隨著數字集成電路的迅速發展，本振電路多采用體積小、可靠性高的單片大規模集成數字頻率合成器，因此在接收信道中存在高電平干擾信號和數字干擾信號，數字干擾脈沖具有很寬的頻譜。當這些干擾信號通過系統非線性作用時，干擾頻率有時恰好等于或接近有用信號的頻率。由于接收機是靈敏裝置，干擾對它的影響也比大多數基帶電路表現得敏感，當這些干擾頻率進入接收機通頻帶內時，它們被放大和鑒頻、鑒相，其原理與處理有用信號相同，因此導致接收機性能惡化。為了降低和控制這種影響，接收信道應具有下面的特性：（1）線性好、動態范圍大，在信道濾波之前，降低帶外干擾信號在信道帶寬內產生的組合干擾、互調及交調分量，并保證接收信號在信道內具有足夠的動態范圍；（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信道帶寬內；（3）加強系統內數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電路的性能。

二、接收機前端的組成

　　圖1給出了常用微波轉發設備射頻前端的組成，采用二次變頻的方案，它由預選器、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入和防止本振（或發射）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，目的是補償預選器的損耗、提高系統的信噪比、加強混頻器/本振電路與輸入端口之間的隔離；

（3）前中濾波器主要是實現鏡像抑制，在高放后必須有抑制，否則高放的噪聲系數會由于放大后的鏡像噪聲混頻進入信道而成倍增加。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電平需求;

（5）二中濾波器實際上是一個低通濾波器，主要是抑制放大、混頻產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生，特別是在數字本振電路中，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、大動態、隔離度高的DMOS場效應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、混頻器及本振設計考慮

　　接收信道是高增益工作，為了保證信道的穩定及電路的易實現，需要進行頻率變換，使接收機的放大、濾波、增益控制等在中頻進行。混頻器是非線性器件，它的動態范圍、隔離度、變頻損耗等對系統的動態范圍、中頻提取、本振隔離、靈敏度等有著非常大的影響。

　　接收信道的動態范圍，主要決定于前端電路的非線性器件即混頻器，混頻器的動態范圍通常用1 dB壓縮點來反映，高電平混頻器具有高的1 dB壓縮點和高的三階交叉點，三階交叉點對通頻帶內有多個干擾信號同時作用時特別重要。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、動態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失真性?，F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生的寄生響應，還可以抑制本振噪聲。

　　在混頻器中本振應該是純凈頻譜，它的寬帶相位噪聲、雜散都會影響接收機的靈敏度。數字頻率合成器的本振電路中有數字分頻、數字鑒相器等電路，當數字電路為高頻跳變的電流作用時，都會產生一些新增頻率成分即雜散，其頻譜相當寬，在它們具有共同電源和地線或共用一塊印制板時，這些頻率成份會調相、調頻振蕩器，調相、調頻信號和接近有用信號頻率的雜散信號，通過混頻器進入接收信道產生干擾，而且有時還會通過饋電線、空間輻射、印制板耦合等進入接收通道，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生，在實際數字集成電路的每一級電源都應有0.1 μF或0.01 μF的電容跨接到地。由于每一級都有去耦電容，隨時都在沖放電，所以在印制板上電源的入口處應接一大電容。在電源上也可采用數模電路分開供電，振蕩電路一定要有很好的接地及屏蔽或把數字電路部分屏蔽，必要時在本振輸出端加一個帶通濾波器，使本振輸出雜波盡可能小。

四、信道中的干擾信號

　　在由數?；旌想娐方M成的微波轉發設備中，數字電路的寬頻譜干擾或本振強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性能。

　　干擾信號影響接收機正常工作主要有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；二是接收機頻帶內的各種雜散干擾或帶外強信號，通過信道的非線性產生干擾，嚴重影響接收的性能。

　　幾種常見的非線性失真中同時存在一個或幾個頻率不同于有用信號頻率的干擾信號時，系統可能產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；交叉調制干擾和互調干擾。

　　混頻器可等效為一個非線性電阻網絡，其電流ｉ可用加到其兩端電壓的冪級數表示：

　　將(2)式代入(1)式，并進行指數運算得出頻譜特性即為混頻器雜散效應圖，在計算干擾信號時可由混頻器雜散效應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，設計中要特別加以注意是否有此干擾信號落在接收信道，當干擾信號為強信號時，會使信道飽和，增益壓縮，信雜比下降。

　　當信道中有2個以上干擾頻率或一個調幅干擾和一個單邊帶調制信號時，它們干擾為互調干擾和交叉調制干擾，在分析中由于接收機的輸入信號很小，略去三階以上的分量，其輸出信號和輸入信號的關系可表示為

　　式中V0(t)是系統的輸出信號；

　　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。

　　假定輸入信號含有兩個干擾信號和一個有用信號，即　

　　式中V1、V2、Vs分別代表兩個干擾信號和一個有用信號的幅度，ω1、ω2、ωs分別代表各自的角頻率。將(4)式代入(3)式后可得

　　三階交調產物實際上是有用信號被調幅干擾信號的調制信號調幅，它的譜線特點是對稱地、等幅地分布在ωs的兩邊。當ω1-ω2或ω2-ω1這個頻差不大于接收機同頻帶的一半時，將使有用信號形成調幅失真，一旦產生此干擾，它會伴隨有用信號一直存在。

　　三階互調產物的頻率恰等于有用信號頻率ωs＝2ω1－ω2或2ω2－ω1時，形成虛假信號，造成干擾(實際上只要2ω1-ω2-ωs落在通頻帶內即會造成干擾)。
　　
干擾互調抑制度和干擾交調抑制度這兩個參數，是對多個干擾信號同時作用時或接收多路信號時系統產生的非線性失真大小的衡量。

　　系統的非線性是固有存在的，信號通過信道會發生某種程度的畸變，不管產生的干擾信號落在通帶以外或落在通帶以內，當其能量小于小可鑒相信號或解調信號時，就不會對系統產生影響，該系統仍為線形系統。在設計中盡量避開或抑制干擾，使系統成為線性系統。

五、接收信道的噪聲設計考慮

　　噪聲系數的大小決定了接收機靈敏度的性能，因此系統中放大器、混頻器、本振、濾波器的噪聲應盡可能地小。

　　對于無源、有損耗的器件，如濾波器或某些混頻器，噪聲系數由下式給出：

　　其中NF是器件的噪聲系數，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，要降低噪聲系數的關鍵是級，不僅要求它的噪聲系數小，而且還希望在電路穩定的情況下增益盡可能地大。因此在設計級放大器時，要選用低噪聲器件，使放大器有高的功率增益，但系統中互調分量隨輸入信號的幅度而加大，故互調發生在后面級，因此噪聲系數的選擇必須兼顧兩者，使系統的噪聲系數滿足要求即可。

六、放大器的設計考慮

　　在接收機中射頻放大器放大微弱信號，在設計中應從增益、穩定性、選擇性、噪聲系數等方面來考慮：

（1）射頻放大器要有足夠的功率增益、動態范圍，才不致因信號飽和而使系統產生非線性失真；

（2）在考慮信道增益的同時要考慮放大器的穩定性，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）系統存在雜散干擾信號和噪聲，因此放大器必須要有選擇性，混頻后接濾波器，以減小干擾和噪聲；

（4）射頻放大器是由多級組成的，由前面分析可知，降低噪聲系數的關鍵是級放大器，級必須采用低噪聲器件；

（5）增益控制電路一般連接在接收信道未端，這樣插入損耗小、系統穩定、容易實現。


七、結束語

　　微波器件的發展以及微波電路的微組裝技術的提高，為設計、生產高穩定微波轉發設備的接收機打下了良好的基礎。通過綜合設計，將會進一步提高設備的性能。希望本文的介紹能對從事工程設備前端設計的人員提供一些有益的參考。

參考文獻
［1］高如云，陸曼茹，張企民，等.通信電子線路［M］.西安：西安電子科技大學出版社，2002
［2］射頻/微波微封裝、集成電路［M］.成都：成都亞光電子股份有限公司，2002.