2-10MHZ短波信号接收机设计.ppt

210mhz短波信号 接收机设计 信息与通信工程学院 论文内容 l 本课题就是基于这些因素进行高性能的射频 接收机的研究与实现。本系统采用两次变频超外 差式结构设计, 第一中频为高中频, 两级自动增益 控制单元( a g c ) 级联实现了较大动态范围,并且 整机的线性度也得到了保证。 本文先对接收机射 频前端的关键技术指标进行了深入分析, 然后介绍 了系统在大动态范围, 高线性实现的一些设计方法 , 之后详述了本项目采用的方案、具体功能指标的 实现以及在设计与实现中应该注意的问题。 1 短波通信介绍 l 短波通信是指利用波长为10m100m（频率 为330mhz）的电磁波进行无线电通信。实际 上，在许多情况下，也把中波的高频段（1.53 mhz）归到短波波段去，所以现有的许多短波通 信设备，其波段往往扩展到1.5-30mhz。在许多 国家，把短波通信称为高频（hf）无线电通信。 发射电波要经电离层的反射才能到达接收设备， 通信距离较远，是远程通信的主要手段。 2 接收机体系结构 作为无线通信中重要一环的无线接收技术也 在不断的进步着。 l 再生式接收机 l 直放式接收机 l 超外差式接收机 l 零中频接收机 要设计接收机，当然就要首先了解接收机的 体系机构。根据课题需要这里只对超外差接收机 作较为详细的介绍。 超外差接收机结构 “超外差”是指将射频输入信号与本地振荡器产 生地信号相乘或差拍，即由混频器后地中频滤波 器选出射频信号与本振信号频率两者的和频或差 频。主要优点是低中频上容易实现相对带宽较窄 ，矩形系数较高的中频滤波器，以提高接收机的 选择性，而且增益可以从中频级获得，降低了射 频级实现高增益的难度。当射频信号频率上升到 微波甚至毫米波时，可以采用二次变频方法，以 降低滤波器实现的难度，保证接收机的选择性， 既使在射频频率较低时，也可以采用二次变频， 且第一中频设计为高中频的方法来获得较好的镜 像频率抑制。实际上，现代接收机射频前端绝大 多数设计为超外差结构。 镜像抑制 超外差接收机的镜像频率是出现在距离射频信号两 倍中频频率距离的信号,并且位于本地振荡频率的另一 侧与射频信号相对的位置.镜像抑制技术主要有两种， 一种是由hartley 提出的，另一种是由 weaver 提出的 。 两种结构的比较:hartley 结构相对简单，两路信道 功率增益失配与相位失配相对较低，但是无法实现宽带 if 下变换，要实现宽带固定移相器是相当困难的，且频 率越高，难度越大。weaver 结构是宽带 if 下变换的基 础。第一本振激励混频器下变频后的第一中频是固定的 ，第二中频可以调谐到要求的 if 频率，但结构相对复 杂，两路信道的失配度相对较大。 3射频接收机前端的基本概念和指标 接收机主要的概念和特性指标包括： l 灵敏度 l 噪声系数 l 线性度 l 动态范围 l 内部杂散响应 l 自动增益控制特性等。 接收机的灵敏度和噪声 噪声系数与灵敏度都是衡量接收机接收和检测 微弱信号能力的指标。灵敏度是从正的方面，即可 靠通信所需的最小接收信号角度来说明的。而噪声 系数则是从相反的方面，即接收系统的噪声对于已 接收的信号会产生多大的影响方面来说明的。因此 ，这两个指标是相互关联的。对于一个确定的系统 ，灵敏度高则意味着噪声系数低，反之亦然。但 是，它们也并不完全等价。 接收机动态性能 线性度 通常对理想无损耗线性网络的定义是网络的输出 响应于输入激励信号之间呈线性关系，且输出中没有额 外的频率成分。但是理想的无损耗线性网络在实际中是 不存在的，有损耗就会产生热噪声，导致网络在小信号 输入时的非线性失真，并且在有源网络中，由于晶体管 或fet 等非线性器件的存在，会导致网络在大信号输入 时的非线性失真。 db 压缩点 db压缩点实际输出响应与它线性响应的延 长线在输出功率差1db时的输入功率为输入 1db 压缩点 互调失真三阶截断点 ip3 任何有源电路都具有非线性，接收机的rf if电路同样也具有非线性，因此，影响接收机性 能的另一个至关重要的因素式双音互调失真。当 两个强度足够大的干扰信号经过天线加到接收机 的输入端时，由于rf级有源电路的非线性，这两 个强干扰信号就会相互混频产生杂散响应信号， 被称为互调产物。如果互调产物落在接收机通频 带内或接近接收机工作频段，则接收机就会像处 理有用信号一样处理这些杂散响应信号。 接收机的动态范围 l 线性动态范围 l 增益受控动态范围 增益受控动态范围描述的是接收机对于一次 输入一个单独信号的处理能力。 l 无杂散动态范围（sfdr） 无杂散动态范围又称为瞬态动态范围，是接 收机常用的技术参数，主要描述了接收机在存在 大的干扰信号的情况下，对小的有用信号的处理 能力。 4 2-10mhz 短波信号射频接收机设计 项目“2-10mhz短波信号接收机”接收的是一 个单点频信号。输入射频信号与输出中频信号相 异，而且较为相近，为了滤出能够直接干扰最后 输出的镜频信号和中频信号，最为稳妥的是采用 两次变频超外差式结构。首先，将2-10mhz的短 波信号通过一个5阶巴特沃思型带通滤波器的预 选，滤除频带外的干扰；通过的2-10mhz信号经 过一个低噪声放大器；然后进入混频器，与来 自晶体振荡器的50mhz的本振信号混频，由晶 体滤波器选出40-48mhz的高中频信号，以抑 制干扰，再进入混频器，与38mhz的本振信 号混频，由滤波器选出2-10mhz的中频信号； 再经过中频放大后输出所要接收的中频信号. 2-10mhz短波信号接收机原理框图 射频接收机的电路设计与实现 l低噪声放大器(lna) 低噪声放大器采用芯片max4475。 max4475是宽带、低噪声、低失真的运算放大器 ，供电电压为2.7v。每个放大器提供2.2ma的静电 流和极低的失真，低的输入电压噪声和低的输入电 流噪声。这些特点使其可以应用于低失真或低噪声 的情况。由于能量守恒，max4475提供低电源供 电模式降低了供电电流为0.01a，提高了放大器的 输出阻抗。 l vga 电路 为了能够实现大动态范围的接收，在接收机 前端一般都要加上数量不等的vga 电路。vga 电路的实现有多种多样，有的使用控制电压控制 晶体管偏置的， 有采用控制电压控制pin 管偏置 的。 ad603 是一款用在rf 和if agc 系统中的 低噪声电压控制放大器。它可以在90mhz 带宽实 现-11db 到+31db，以及在9mhz 带宽内实现 +9db到+51db 的控制范围。 l可变增益放大器（vga）实现 agc 用 vga，agc 检波器，直流运放和 rc 低 通滤波器就可以构成agc 系统。agc 检波器对 vga 的输出进行包络检波，输出的电压与vga 输出信号的包络即调制成正比，经过直流运放放 大后，低通滤波器对其滤波，消除交流杂散，而 后控制 vga 的增益，实现自动增益控制。 用 vga 构成的 agc 系统的性能主要取决于 vga 的性能，通常vga 的工作频段不高，一般 在几十兆赫兹，这是限制 vga 应用的主要因素. l混频器 本机振荡器lo相位噪声把不需要的干扰传输 到所需要的信号上，这将导致接收机输出端snr 的下降，因此，振荡器必须设计为低相位噪声， 才能达到在最差的阻塞状况下，仍能产生低于接 收机噪声基值的噪声边带，振荡器要求的相位噪 声如下： pn（f）=smin-pb1（f）-ccrr-10lgb lt5511上变频器和lt5512下变频器均采用 优化的双平衡混频器内核，且晶体管的基极由一 个集成lo缓冲放大器来驱动。 l lc 滤波器 为了滤除接收机中的各种干扰信号， 保留有 用信号， 必须在接收机前端合适的地方放置滤波 器。在预选滤波器和第一中频滤波