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接收機中的射頻前端設計技術

2014-01-07 來源:微波射頻網 字號:
第二個帶通濾波器也能削弱接收機的其它亂真響應和直接中頻提取。此外,還削弱了在射頻放大器中產生的噪聲,防止噪聲到達混頻器。

同時,第二個帶通濾波器抑制了在射頻放大器中產生的第二諧波能量,從而改進了接收機的二階互調截獲點。

在高頻范圍,該濾波器沒有反向響應。主要原因是混頻器對于接收機頻率的奇數階諧波幾乎沒有響應,因此它們可以通過系統。

射頻帶通濾波器的性質由第一中頻和本振信號的注入端共同決定。如果選擇低端注入,某些亂真信號可能在射頻信號的低端產生。

在高端注入恰恰相反:所有的亂真信號會處于射頻信號的高端。在插入損耗和濾波器的選擇之間通常應該做權衡,以利于減少第一個帶通濾波器的插入損耗,但是在第二個帶通濾波器中可能效益不大。

三、影響射頻前端性能的因素

1、混頻器/本機振蕩器性能

第一個混頻器的性能對于接收機的性能至關重要。它是一個非線性設備,而且,還要使用本機振蕩器系統中最高電平的射頻信號。因此,它需要有非常高的互調截獲點。

單設備有源混頻器價格便宜,但是它們性能最差。一般來說,無源、雙均衡混頻器的性能最好。它們通常有最高的互調截獲點,而且相對其它某些混頻器設計來講,有更好的噪聲均衡特性。表1列出了混頻器性能參數和受之影響的接收機性質。

表1 混頻器性質對接收機性能的影響

三階互調截獲點
二階互調截獲點
噪聲均衡
本振與射頻隔離
射頻與中頻隔離
轉換損耗
互調失真
1/2中頻響應
靈敏度和調幅噪聲抑制
天線輻射的本振能量
直接中頻提取
靈敏度

有時,在混頻器和本機振蕩器之間的接口上還有第三個帶通濾波器。這個本振濾波器用于削弱寬帶噪聲和本振頻率附近的諧波,而這些諧波會降低混頻器的二階互調截獲點。

在接收機內所使用的混頻器電路類型都需要仔細權衡。無源混頻器比有源混頻器有更好的互調失真性能。然而它們不能提供任何轉換增益,事實上是有損耗的設備。

有源混頻器對本振功率的要求較低,但其噪聲性能不如無源混頻器。而且,在高溫狀態下,有源混頻器的三階互調截獲點性能會降低。

在混頻器中頻輸入和中頻放大器之間通常放置一個雙工器網絡。這個雙工器網絡會吸收一些頻率,同時讓其它頻率通過。雙工器網絡必須是非反射性的,且為本振頻率的若干倍。否則,那些頻率會被反射回混頻器,導致性能降低。

對于接收機臨近信道的選擇,本機振蕩器的單邊帶相噪性能是很重要的。寬帶噪聲經常影響接收機的靈敏度。

本振信號是混頻器中啟動變換的大信號,能夠產生自身的諧波。因此,本振信號應該盡可能純凈以防止接收機中的亂真響應。

本機振蕩器必須能正常工作,而不受溫度和電源電壓變化的影響。如果接收機遭受機械震動或碰撞,其輸出也應保持穩定。

2、噪聲性能

所有的無線電截獲都是對系統的信噪比(SNR)的一系列處理。鑒于此,混頻器、本機振蕩器、帶通濾波器和射頻放大器產生的噪聲應該降至最小。

對于無源、有損耗的器件,例如濾波器或某些混頻器,噪聲因數由下式給出:
……(1)

其中,F是器件的噪聲因數,L是器件的損耗(1/G),T是器件的絕對溫度,單位是K。某些雙均衡混頻器可以有稍高一點的噪聲因數。

決定系統的噪聲因數的Friis方程是:
……(2)

其中,F是等效的噪聲因數,F1、F2、F3是第1、2、3分級的噪聲因數,FN是第n分級的增益,G1、G2、G3是第1、2、3分級的增益,GN-1是第N-1分級的增益。

接收機的整體噪聲因數由系統內各分級的噪聲性能共同決定。

3、亂真響應

亂真響應是一種不希望出現的響應。在超外差接收機中,這些毛刺在混頻器階段中產生。多數接收機毛刺都是接收機外差的結果,有以下等式:

F1F = mFRF ± nFLO……(3)

其中,F1F是中頻,FRF是射頻,FLO是本振頻率,m和n是整數。

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