一种超低噪声抗干扰射频接收前端设计

1、一种超低噪声抗干扰射频接收前端设计【摘要】本文设计了一种超低噪声抗干扰射频接收前 端模块， 主要特点是超低的噪声系数，并且内部集成滤波器，对近远端的信号 干扰都有较大的抑制。超低噪声电路采用0.5 pm E?PHEMT，采用超 低噪声的电路结构设计。内部滤波器使用2级声表滤波器，完成近、 远端抑制功能。射频接收前端模块采用表贴工艺研制，并一体化塑 封。【关键词】超低噪声抗干扰接收前端一体化塑封1引言射频接收前端是接收系统的重要组成部分，用在系统的 前级，对接收系统的灵敏度起重要作用。本产品针对北斗导航系统某频段进行专业开发，主要特点是超低 噪声，较好的抗干扰能力，一体化封装。我们进行了针对性的

2、滤波器 设计生产，并实现器件的互联与封装。2电路设计2.1产品功能及工作原理在北斗导航接收系统中，接收信号功率在-100dBm以下，如果 不通过低噪声放大处理，信号可能会淹没在系统本身的噪声中。而且接 收系统还面临各种其他通讯频率干扰，包括发射系统的泄露功率。本产 品提供给接收系统前级信号放大以及抗干扰的作用射频前端的主要结构为：第1级低增益超低噪声放大器一 第 1级宽带滤波器一 第2级高增益低噪声放大器一 第2级窄带 滤波器，含馈电电路，如图1所示。图1电原理框图第1级放大器主要指标是超低噪声、较低增益、兼顾输出功率 和功耗。第1级滤波器滤除远端大功率干扰信号，防止后级工作饱 和。第1级电路

3、主要目的是防止模块工作饱和造成功能失效。第2级高增益低噪声放大器主要指标是较高的增益，并兼顾噪 声和功耗，选用一款单片放大器（噪声2dB，增益22dB）第2级滤波 器滤除近端无线电通讯信号干扰。第2级电路主要目的是提高模块增 益以及抗干扰能力。2.2前级超低噪声放大器设计第1级放大器关键指标是超低噪声，对放大器的噪声进行最优 化设计，在噪声最优化的情况下对驻波、平坦度、稳定性进行改善。 采用以下几个措施：（1 ）选用合适的晶体管，使其输入阻抗接近 50 Q，或易于匹配到50 Q系统。（2）输入端使用电抗匹配，最优 化噪声系数。（3）选用合适的源极电感，有效改善输入驻波以及增 加稳定性。（4）输

4、出级使用合适的有损匹配，改善增益平坦度以及增加稳定性。根据性能要求，我们选用0.5 pm pHEMT管进行仿真设计，经过多次仿真设计，进行了拓扑结构的优化，仿真设计 结构如下，如图 2 所示。图2放大器仿真拓扑结构图 仿真结果如下，如图3、图4所示。图3放大器仿真结果1图4放大器仿真结果2加工样品，测试结果为：工作频率2492 + 4MHz，噪声0.58dB，输入输出驻波1.6，增益14.5dB，电流15mA。2.3滤波器设计由于电性能特点和小尺寸要求，我们采用声表滤 波器的方案。滤波器1要求损耗小，远带抑制高，我们选用了阻抗元 滤波器（IEF），这种声表面波滤波器是一种梯形滤波器。这种滤波器

5、由 一组纯粹电连接的谐振器构成，虽然这些谐振 器都制作在相同的基片 上，但却没有声耦合。在声激发不强烈的频率处，器件相当于一个电 容器网络，因此会产生衰减而形成阻带。衰减和电容比有关系，谐振 器的数目越多，衰 减就越大。梯形滤波器滤波优点是损耗小，1- 2dB。滤波器2要求近阻带抑制高，陡降快。我们选用了镜像耦合的 DMS滤波器，为了提高矩形度，IIDT采用变指IDT，这种技术采用了 一种不同的谐振方式，在两个反射栅之间的空间内有三个换能器。两 个反射栅构成的谐振腔会产生一组谐振模式，换能器对称排列，这 样就只对对称模式产生响应。设计的器件在反射栅的反射频带内只有 两种对称模式，这样，器件就相

6、当于一个双极滤波器。加工样品，测试结果为：滤波器1：工作频率2492 土 20MHz,插损2dB,输入输出驻波1.6，远端抑制29dB2492+ 100MHz。滤波器2:工作频率2492 土 4MHz，插损6dB，输入输出 驻波 1.8，近端抑制 29dB2492 28MHz。2.4电磁兼容考虑小尺寸对电磁兼容、信号泄露等都提出更高的要求。尤其是信号 从空间的泄露，在小尺寸的范围内很难避免。对于 有源的放大器件来 说，很容易造成性能不稳定，甚至自激的可能。需要通过合理的排 版、布线、电源褪耦减小空间耦合 带来的不良影响。我们采用软件对排版后的电路进行仿真设计，并加上封 装层一并 进行设计考虑。

7、并通过试验来修正设计模型，得到 较为可靠的仿真设 计模型。2.5产品结构和封装 本设计采用全表贴的工艺方案，元器件采用全表贴形式，可采用自动表贴工艺，工艺成熟，效率高，可靠性强，价格 上也有比 较明显的优势。电路板上表面为电路图形，下表面为产品的信号输入端、信号输 出端、接地端。正面电路的端口通过电路板上过孔与反面电路端口进行电连接。如图5所示。图5电路板示意图封装采用注胶灌封的形式，将所有元器件表 面封实，进 行器件的表面保护，形成一个模块，反面供用户焊接使 用。 如图 6 所示。图6封装的产品图片3测试结果分析按照以上设计方案，设计出的射频接收前端典型 测试结果如下：工作频率2492 4M

8、Hz，噪声0.85dB,增益28 dB,驻波1.8，电源 +3V/22mA，尺寸 10.3mm x 7.8mm。阻带抑制：55dBc0.1 2400MHz; 26dBc24002464MHz; 26dBc 2520 2600MHz ; 50dBc26005000MHz。本样 品曾运用到接收系统中进行实验，并且在发射系统工作时，接收前端增 益压缩小于0.5dB。增益详细曲线见图7,噪声详细数据见图8。图7增益测试曲线图8噪声测试4结语本文介绍的射频接收前端模块较好的处理了超低噪声、抗干扰、低功耗等综合技术指标,并解决了模块内的信号串扰等技术问 题，加工制作了一个小型一体化的塑封表贴模块。本文研制

9、出的产品 还经过了高低温试验、振动试验、电老练试验等环境试验验证，可靠 性较好。参考文献：-1程冰，竹卫峥，沈一鸣，范小龙.一种共电流型宽带 低噪声 放大器设计-J.中国科技纵横，2016, 01.-2雷振亚，明正峰，李磊，谢拥军.微波工程导论-M.北京：科学出版社，2010，2-1.清华大学 编写组编.微带电路M.北京：人民邮电出 版社，1975： 171.Niclas，K. B.， et al.，“ The MatchedFeedback Amplifier : Ultrawideband Microwave Amplification with GaAs MESFET， s” IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques， Vol. 28， No. 4， 1980， pp. 285?C294.作者简介：王毅刚（1957），男，河北献县人，中国科技德清华莹电子有 限公司工程师，从事射频声表面波器件和电路设计与研究；程冰（1981-），男，安徽宁国人，中