張英浩，戚瓏贏，胡子楊，孫 遜

（中國船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所，南京211153）

0 引 言

隨著技術(shù)的發(fā)展和人們需求的不斷增大，各種功能的無線電設(shè)備越來越多，電磁頻譜越來越擁擠，電磁環(huán)境日益復(fù)雜，從而對寬帶接收機(jī)［1?2］的干擾也更加嚴(yán)重。尤其是在UHF和L波段，各種民用通信頻段包含其中，電磁頻譜異常豐富，如常見的通信基站2G、3G、4G信號［3］。各種背景信號進(jìn)入寬帶接收機(jī)，對正常接收信號形成干擾，造成接收機(jī)底噪大大提高，接收信號的信噪比嚴(yán)重惡化，影響接收機(jī)對有用信號的接收處理。寬帶接收機(jī)抗背景干擾設(shè)計是目前寬帶接收機(jī)的一個迫切需求。

本文針對某L波段寬帶接收機(jī)受背景干擾問題，對背景干擾機(jī)理進(jìn)行了分析，根據(jù)干擾機(jī)理對接收機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計，提高了接收機(jī)抗背景噪聲能力。

1 背景干擾機(jī)理分析

L波段寬帶接收機(jī)由帶通濾波器、低噪聲放大器、混頻器、中頻濾波器、中頻放大器和數(shù)字模塊等組成，工作頻段為0.7～2 GHz，其原理框圖及主要性能指標(biāo)分配如圖1所示。圖中，帶通濾波器用于對帶外信號的抑制以防止帶外信號對接收機(jī)的干擾，低噪放放大器（LNA）用于接收寬帶信號的低噪聲放大，混頻器用于將射頻信號轉(zhuǎn)換為中頻信號，中頻濾波器用于中頻信號濾波，中頻放大器用于中頻信號的放大，數(shù)字模塊用于中頻信號的模數(shù)變化及數(shù)字信號處理［4］。經(jīng)計算，接收機(jī)增益為48 dB，噪聲系數(shù)為2.52 dB，射頻前端（含低噪聲放大器和混頻器）輸入P-1點約為-24.5 dBm。

圖1 原寬帶接收機(jī)原理框圖

該寬帶接收機(jī)一般工作正常。但是，隨著目前移動通信的飛速發(fā)展，L波段電磁頻譜越來越擁擠，該寬帶接收機(jī)越來越受到電磁背景的干擾，特別是在移動通信基站附近、人口密集區(qū)域等會出現(xiàn)明顯的性能下降情況。

在L波段附近民用通訊信號頻譜豐富，采用喇叭天線和頻譜儀采集到的空間電磁頻譜情況如圖2所示，頻段覆蓋了 0.8～2.5 GHz。

圖2 采集到的空間電磁頻譜

在有些場合，這些復(fù)雜的背景電磁頻譜功率較大，進(jìn)入寬帶接收機(jī)后會使得前端射頻器件產(chǎn)生飽和非線性失真現(xiàn)象，背景干擾信號相互交調(diào)，造成接收機(jī)底噪大大提高。同時，有用信號由于前端增益壓縮而幅度變小，從而接收信號的信噪比嚴(yán)重惡化，影響接收機(jī)對有用信號的接收處理。

2 改進(jìn)寬帶接收機(jī)設(shè)計

根據(jù)前面分析，造成寬帶接收機(jī)受干擾的主要原因是豐富的背景干擾信號造成接收機(jī)射頻前端飽和，改進(jìn)寬帶接收機(jī)從提高接收機(jī)射頻前端的飽和點和對背景干擾頻譜進(jìn)行抑制兩個方面進(jìn)行考慮，從而提高接收機(jī)的抗背景干擾能力。改進(jìn)寬帶接收機(jī)原理框圖及主要性能指標(biāo)分配如圖3所示。

圖3 改進(jìn)寬帶接收機(jī)原理框圖

相對于原方案，改進(jìn)寬帶接收機(jī)低噪聲放大器增益由35 dB降低為28 dB，輸出P-1點由12 dBm提高至20 dBm，從而提高射頻前端P-1點。同時，由于器件技術(shù)的發(fā)展，低噪聲放大器噪聲系數(shù)也由原2.0 dB降低為1.5 dB，保證了接收機(jī)的噪聲系數(shù)指標(biāo)。

混頻器采用高IP3混頻器，采用8個二極管組成的雙平衡混頻結(jié)構(gòu)代替原4個二極管組成的雙平衡混頻器（見圖4），提高了勢壘高度，進(jìn)而提升了混頻器1 dB壓縮點。改進(jìn)后混頻器輸入P-1由原10 dBm提高至15 dBm，從而提高射頻前端P-1點。

圖4 混頻器改進(jìn)設(shè)計

通過低噪聲放大器增益的降低，低噪聲放大器和混頻器P-1的提高。經(jīng)計算，改進(jìn)后的寬帶接收機(jī)射頻前端輸入P-1點約為-9.5 dBm，與原接收機(jī)相比提高了15 dB，增強(qiáng)接收機(jī)抗背景干擾能力。

由于背景干擾頻譜分布廣泛，前端射頻器件又均為寬帶器件，因此大量干擾信號進(jìn)入接收機(jī)后經(jīng)過放大器放大極易導(dǎo)致混頻器飽和。因此，在低噪聲放大器和混頻器之間增加了開關(guān)濾波器組，將接收頻帶分為4段，如表1所示。對干擾信號進(jìn)行分段抑制，從而減小混頻前干擾信號，提高接收機(jī)抗背景干擾能力。

表1 開關(guān)濾波器組頻段劃分

3 試驗情況

選擇某背景干擾較強(qiáng)的外場進(jìn)行改進(jìn)寬帶接收機(jī)和原接收機(jī)抗背景干擾對比試驗。試驗方法如圖5所示。采用喇叭天線接收外界背景干擾信號，信號源產(chǎn)生接收機(jī)正常工作接收信號。兩種信號合成后送接收機(jī)，斷開喇叭天線則接收機(jī)沒有背景干擾，接上喇叭天線則接收機(jī)受到背景干擾。采用計算機(jī)采集接收機(jī)輸出信號數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT變換，對輸出信號、噪聲和信噪比等指標(biāo)進(jìn)行有無干擾條件下的對比測試。

圖5 外場測試連接框圖

測試時，信號源輸入功率為-50 dBm，保證接收機(jī)使用信號源激勵時各器件未飽和。圖6為在1.1 GHz頻點兩種接收機(jī)在加入背景干擾前后輸出信號頻譜情況。原接收機(jī)在加入背景干擾后，底噪明顯抬升約20 dB，有用信號幅度降低約7 dB，信噪比惡化達(dá)27 dB。改進(jìn)后接收機(jī)底噪和增益無明顯變化，信噪比無惡化，相對于原接收機(jī)信噪比改善27 dB，即抗背景干擾能力提高了27 dB。其余頻點測試情況見表2。由表數(shù)據(jù)可知，在相同的外場背景干擾條件下，改進(jìn)寬帶接收機(jī)輸出信號信噪比惡化明顯減小，相對于原接收機(jī)信噪比改善15 dB以上，部分頻點改善20 dB以上，抗背景干擾能力大大增強(qiáng)。

表2 兩種接收機(jī)背景干擾下信號惡化對比

圖6 兩種接收機(jī)加入背景干擾前后輸出信號頻譜對比

4 結(jié)束語

受民用通信影響，L波段附近電磁頻譜豐富，寬帶接收機(jī)易受背景干擾，造成射頻前段飽和，輸出信噪比惡化，影響接收機(jī)對有用信號的接收處理。本文采用降低低噪聲放大器增益，提高低噪聲放大器和混頻器P-1方法，提高了射頻前端的飽和點；同時，采用在低噪聲放大器和混頻器之間增加了開關(guān)濾波器組，對干擾信號進(jìn)行分段抑制，從而提高了寬帶接收機(jī)的抗背景干擾能力。對樣機(jī)的實測結(jié)果表明，改進(jìn)后接收機(jī)綜合抗背景干擾能力提升15 dB以上，部分頻點可達(dá)20 dB以上。這種寬帶接收機(jī)抗背景干擾改進(jìn)設(shè)計方法也可應(yīng)用于其他頻段接收機(jī)。