一种大动态接收机的设计方法

一种大动态接收机的设计方法
摘要：本文在超外差接收机的理论基础上，分析超外差接收机灵敏度和高动态两个关键性能指标的关系。

介绍一种大动态接收机的设计方法，阐述了其设计过程、及设计框图，并测试了其技术指标，给出了测试结果。

关键词：接收机；大动态；抗干扰
概述
近年来随着无线通信技术的飞速发展，无线通信系统产品越来越普及，成为当今人类信息社会发展的重要组成部分。

接收机位于无线通信系统的最前端，其结构和性能直接影响着整个通信系统。

高性能接收机是每一个通信产品设计人员的梦想。

优化设计结构和选择合适的制造工艺，以提高系统的性能，是设计师追求的方向。

超外差接收机，特别是高中频、二次混频超外差接收机，由于性能指标的优越，一直被军用接收机广泛采用。

一、超外差接收机设计
超外差接收机结构自1917年，由Armstrong发明以来，已被广泛采用。

图1为超外差接收机结构框图。

在此结构中，由天线接收的射频信号先经过射频带通滤波器、射频放大器和镜频滤波器后，进行下变频，产生一个固定的中频信号。

然后，中频信号经过中频滤波器，将邻近的频道信号滤除。

对于数字接收机，在接收机中频进行模数转换后就可以数字信号处理了。

射频放大器前端的射频带通滤波器衰减了带外信号和镜像干扰。

混频器前的镜频滤波器用来抑制镜像干扰，将其衰减到可接受的水平。

现代接收机一般为宽带接收机，使用可调的本地振荡器，将射频信号下变频到一个固定的中频。

中频频率固定不变，因此可以在中频进行窄带的滤波，中频滤波器的Q值很高，它在确定接收机的选择性和滤除带外噪声信号功率方面起着非常重要的作用。

超外差体系结构被认为是最可靠的接收机拓扑结构，因为通过适当地选择中频滤波器可以获得极佳的选择性和灵敏度。

二、高灵敏度与大动态的折中
接收机的灵敏度表征了接收机接收微弱信号的能力，一般用能够检测的最小信号功率来表示。

在无线电通信领域，延长设备的通信距离一直是通信的主要任务。

延长通信距离最直接有效的方法就是提高发射机功率或接收机灵敏度。

提高发射机功率需要使用大功率功放，一般不容易实现，因此提高接收机灵敏度，就显的尤为重要。

接收机动态范围是衡量接收机系统所能适应的最高和最低电平信号，是接收机的基本技术指标之一，对处于复杂电磁信号环境的接收机而言，大动态设计则显得尤为重要。

在宽带接收机中进入有效频带的信号很多，除有用信号频率外，还有杂波和干扰信号频率。

如果接收机的设计强调弱信号的接收（强调接收机的灵敏度），则强信号可能导致接收机饱和或失效。

反过来，若接收机的设计强调强信号的接收，则弱信号可能被淹没在噪声中（接收机灵敏度低）。

如何平衡一定范围内强弱信号的接收，就是大动态接收机所研究的问题。

宽带接收机中，高灵敏度和大动态范围是接收机发展的趋势，但是这两个指标本身就存在着一定的矛盾。

接收机的设计过程中设计师往往要对这两个指标做出折中。

三、大动态接收机设计
扩展接收机动态范围常用的方法是自动增益控制技术，该技术采用可控增益的放大器或衰减器控制整个接收机的增益，达到扩展接收机动态范围的目的。

图2为本人运用自动增益技术设计的一款大动态接收机框图。

接收机采用超外差二次混频的结构，一中频为高中频，高中频有利于提高接收机镜像频率和中频频率的抗干扰能力。

二中频为455KHz的低中频，二中频频率很低，使用选择性能非常好的陶瓷滤波器，能有效提高接收机的选择性，滤除接收机的带外噪声。

而且低中频能降低对后级AD转换器采样数率的要求，降低AD转换器的功耗。

接收机的AGC自动增益控制分为两级控制，用于自动增益控制的信号检测都在二中频。

这样可以利用二中频滤波器的选择性，避免干扰信号对AGC自动增益系统的误触发。

第一级
AGC自动增益控制在信号检测一前，AGC的最大增益控制在35dB左右，最小增益控制在3dB 左右，在保证送往二级自动增益放大器不进入饱和工作的基础上，对接收机的灵敏度做一定的折中。

第二级AGC自动增益控制使用ADI公司的集成电路AD603可变增益放大器完成。

AD603使用模拟电压控制，可以控制放大器的增益在0～40dB之间。

接收机射频前端接收到-120dBm～0dBm的射频信号时，接收机末端AD转换器的信号为-50dBm到0dBm。

接收机在接收窄带调频信号时，灵敏度为-120dBm，动态范围为120dB。

在实际使用中接收机性能优越，抗干扰能力强。

参考文献：
[1]Ulrich L.Rohde，Jerry MUNICATIONS RECEIVIERS.人民邮电出版社.2003.
[2]王洪.宽带数字接收机关键技术研究及系统实现.电子科技大学.2007.。