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1、210MHz短波信号接收机设计,信息与通信工程学院,论文内容,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,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
2、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。再生式接收机直放式接收机超外差式接收机零中频接收机 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
3、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
4、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：灵敏度噪声系数线性度动态范围内部杂散响应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
5、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
6、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RFIF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,线性动态范围 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。无杂散动态范围
7、（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40-4
8、8MHz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,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。,VGA 电路 为了能够实
9、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。,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
10、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.,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。,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器中，可以适当放宽带宽（约800KHz），以便于降低滤波器的损耗，尤其是预选滤波器，它的损耗大小直接影响了整个接收前端的噪声系数，必须降到最低，但同时，它决定了镜频抑制度和第一中频抑制度的大小，还必须有相当的选择性能。对于第二中频滤波器，它决定了最终的噪声带宽，应该与信号的带宽相同（略大于400KHz）。,谢谢各位老师!,
