宽带微波接收机的射频前端设计探讨

宽带微波接收机的射频前端设计探讨

作者：刘瑶潘威

来源：《科学与信息化》2018年第13期

摘要随着微波技术的发展，微波接收机已经被广泛应用于通信、雷达等多个领域。由于信道上受到外界因素干扰较多，为了保证微波接收机的性能，接收机需要有较高的线性度、灵敏度、动态范围和选择性，这些性能的实现与射频前端息息相关。本文将在分析射频前端设计对宽度微波接收机作用的基础上，对几种常见的射频前端结构进行阐述，然后就影响射频前端性能的几种因素进行分析，探讨应该如何合理设计射频前端。

关键词宽带微波接收机；射频前端；低噪声；动态范围

1 射频前端对微波接收机的重要意义

现代电子技术的发展，使得接收机的种类越来越多，性能也得到了各方面的完善，功能更加复杂和通用化。目前接收机正朝着体积小、重量轻和功耗小，性能更加优越的方向发展，要求微波接收机具有宽频带、大动态范围、高灵敏度和低噪声。基于上述影响微波接收机信噪比、影响信号处理的因素分析，必须要对接收机重要组成部分射频前端进行优化设计，从而可对接收机性能起到保障作用。射频前端主要实现抗烧毁、信号预选、增益控制、幅度均衡等几方面功能，噪声系数、滤波器选择、幅度均衡以及输入1dB压缩点等都会对接收机前端性能产生重要影响。

2 射频前端的几种构成形式

2.1 常用接收机射频前端结构

在微波接收机接收有用信号的过程中，会受到高电平干扰信号的影响，从而影响信噪比，对信号处理产生不利作用。为了保证信噪比，微波接收机应该具有高选择性、高线性和低噪声的特点。

对来自天线下来的信号，首先会使用限幅器对信号进行限幅处理，保护后级的放大器不被大信号烧毁；再使用带通滤波器进行信号预选，最后使用低噪声放大器对信号进行一级放大，放大后的信号进入下一级进行处理。

在这个过程中，限幅器保护后级链路不受大功率信号的损坏，带通滤波器隔离带外信号，低噪声放大器在尽可能减少对噪声恶化的情况下补偿增益，该结构的作用是可以通过带通滤波器使互调失真降到最低，削弱失真响应，同时具有成本较低、结构简单的优点。

2.2 采用YIG统调预选滤波器的结构

该射频前端结构形式用YIG统调预选滤波器代替了带通滤波器，在该结构中，由于YIG 统调预选滤波器具有频率范围广、体积小、带宽窄以及对外抑制性良好的优点，所以对镜像频率和本振频率等能进行有效的控制。在YIG统调预选滤波器工作过程中，需要采取温度补偿措施对温度进行调节，从而可保障滤波器的性能。目前主要采取的是YIG滤波器自带的温度漂移和驱动电路的温度漂移。在温度补偿处理中需要在整个频段内逐点对应，然后使用软件测量数据，进行自动化温度补偿，使频率达到标准要求。此外，在该结构中的射频放大器的作用是补偿混频器和YIG滤波器的损耗，并改善本振电路和天线电路间的隔离，能很好地改善射频前端的灵敏度。不过要注意的是射频放大器的增益不能太低也不能太高，太高或太低都会影响接收机互调截点。

2.3 采用滤波器组的宽带射频前端结构

该射频前端结构形式用开关滤波器组代替了带通滤波器。使用带通滤波器组的优点主要有两个，一个是亚倍频程，所以带宽较小；另一个是温度变化小，稳定性好，所以不需要采取额外的温度补偿措施，这样就降低了工作的复杂性，使得整机工作更加稳定可靠。分段滤波器方式整个接下来接收机变频部分更好处理频谱的搬移，而不会引入过多的杂散信号[1]。

3 影响射频前端设计的几种因素分析

3.1 噪声系数

微波接收机必须要保证足够的信噪比，这样才能有效传输信息，所以在其射频前端的设计中应该对信噪比进行处理。对于整个系统的噪声因数计算，可通过分级噪声因数和各个分级的增益来进行分析确定。通过计算各个单元噪声和整体系统噪声的关系，能清楚地发现微波接收机整体噪声因数和各个分级的噪声有关，但是影响整体噪声性能的关键因素是射频前端的噪声系数，所以想要保证信道信号传输处理的信噪比，就要对射频前端的噪声因数进行分析并优化其性能。

在设计上，第一级放大器一定要选择噪声系数极低的放大器，并且尽量减少第一级放大器之前的元器件和射频链路。因为在第一级放大器之前加入的元器件和射频链路的插损会直接恶化整个宽带接收机的噪声。放大器增益选择要适当，选择增益在15dB至20dB的低噪声放大器，从而减少后级链路对整个接收链路噪声的影响。

3.2 动态范围

动态范围是射频前端的一个重要指标，主要由整个射频前端的输入1dB压缩点来决定。在设计时，采取增益均匀分配的设计思路，避免增益或衰减的过分集中，链路设计布局确保整个链路的P-1压缩压力在最后一级放大器，且最后一级放大器要选用线性度高、噪声较小、输出功率较高的放大器。前端内部，可以使用数控衰减器对整个接收机的动态进行扩展。

3.3 幅度均衡

除了要保证良好噪声性能和高动态范围之外，大部分射频前端会有幅度均衡的要求。射频前端接收来自天线的信号，经限幅滤波放大后到下一级进行变频或者采集处理。为了得到良好的噪声性能，射频前端实际应用时会尽可能地靠近天线，这就使得跟下一级之间会存在较长的空间距离传输。所以在射频前端内部，会采用均衡器或者带均衡能力的放大器来对整个接收机的幅度进行均衡。设计上不能将均衡器置于最后一个放大器之后，会影响整个接收机的动态范围。

3.4 多通道射频前端

在某些应用条件下，一个射频前端会包含多个射频接收通道，并且各个通道之间有相位一致性设计要求。这种多通道射频前端在设计上尽量采用相同的布局、相同的器件；重要的器件，比如放大器、限幅器等采用同批次的产品；对其中使用的滤波器也要提出相应的相位一致性要求。主要的发热器件要靠近最佳散热区域、远离各个工作通道，保证射频前端的热量分布均衡[2]。

3 结束语

综上所述，射频前端作为微波接收机最关键的组成部分，其性能自然关系着接收机的性能，从而影响信号的处理。本文主要是对几种射频前端结构形式进行了介绍，然后对射频前端的噪声性能、动态范围、幅度均衡、多通道射频前端等几方面进行分析，对射频前端设计进行优化处理。

参考文献

[1] 王培章，邵尉，余同彬，等.宽带一体化接收前端技术的研究[J].微波学报，2012，

（s2）：319-321.

[2] 张越成.新型小型化超宽带微波接收前端设计[J].电子科技，2017，（05）：101-104.