寬帶大動態接收技術

摘?要：本文介紹了一種適應于復雜電磁環境下工作的接收機技術，能夠對外界信號實現高靈敏、寬帶大動態接收。

關鍵詞：寬帶;大動態;接收

中圖分類號：TN975文獻標識碼：A

Abstract：Introduces a scheme of receiving technology with highly sensitive，wideband and large dynamic range，which adapted to use in the complex electromagetic environment.

Key words：wideband;large dynamic range;receive

通信偵察接收機追求的是高靈敏接收微弱信號。但是，隨著現代電磁環境日益復雜，偵察站周邊很大程度上會存在各種各樣的干擾信號，如調頻廣播、民航通信、廣播電視、通信基站等，其生存環境面臨巨大挑戰。尤其是在沿海和近海環境，其電磁輻射源數量更多，信號的密集程度更高、復雜性更強[1]。通信偵察接收機往往需要存在大信號的情況下，對小信號實現高概率偵收。寬帶大動態接收是通信偵察接收機的發展趨勢。

1 接收機的關鍵指標

對接收機而言，靈敏度和動態范圍是其最重要的兩個指標，都跟接收機帶寬有關系。

1.1 靈敏度

接收機的靈敏度表達式如下所示：

式中，k為波爾茨曼常數，k=1.38×10-23（Ws/J）;T為熱力學溫度，通常取290K，B為接收機的帶寬，單位Hz;NF為噪聲系數，單位dB;SNR為檢測信噪比，單位dB。

1.2 動態范圍

接收機動態范圍主要分為線性動態范圍和無虛假動態范圍。線性動態范圍表達式如下：

式中，DR為線性動態范圍，單位dB;P-1o為輸出1dB壓縮點，單位dB;G為1dB壓縮點功率增益，單位dB;B為帶寬，單位Hz;NF為噪聲系數，單位dB;SNR為檢測信噪比，單位dB。

上式可見，SNR一定的情況下，提高1dB壓縮點、減少帶寬、降低NF都有助于提高接收機動態范圍。無虛假動態范圍是反映多信號輸入時，由于非線性產生的互調信號電平小于某一要求的動態范圍。常采用兩個等幅信號測試，通過接收機的二階響應、三階響應來反映。

如圖1所示，三階截點越高，說明輸入信號的互調分量越小，無虛假動態范圍也越大。無虛假動態范圍的表達式[3]如下所示：

式中，IIP3為三階互調截點，單位dBm;Sens為接收機靈敏度，單位dBm。

從（3）式看出，SFDR主要受IIP3制約。接收機帶寬也會限制SFDR。帶寬越寬，多信號瞬時輸入概率也會越大，而且引入外部干擾的可能性也會增加，接收機靈敏度隨之降低，SFDR也減小。偵察接收機追求高靈敏度偵收，需要高增益、低噪聲，但AD峰值電壓一定，系統增益越高，則適應大信號能力越差。通常而言，模擬通道增益越高，輸入三階截點也越低。

2 現有寬帶接收機的主要架構和不足

當今世界上所使用的無線電接收機，絕大部分是超外差式的。超外差接收機的基本原理如圖2所示。天線接收下來的信號，經過放大器、濾波器后送入混頻器，然后得到中頻信號。

圖中架構優點在于：通道總的增益分配容易實現，且在較低固定中頻上進行量化也容易實現。但是也存在以下不足：（1）組合干擾頻點較多，容易引起寄生通道干擾;（2）由于引入的模擬有源電路較多，當多信號進入接收機后，互調雜散較為嚴重;（3）由于本振泄漏到天線或混頻器輸入端，造成混頻器上產生自混頻，從而產生直流分量，帶來接收機信噪比嚴重惡化。

因此，超外差接收機設計也存在自身的固有缺點，容易產生更多的虛假響應。

3 一種寬帶大動態接收技術

3.1 設計思路

設計思路包括：（1）減少模擬變頻等非線性環節，提升接收機瞬時動態;（2）采用預選濾波方式，抑制邊帶強干擾信號;（3）高線性微波前端設計，保證接收機動態范圍盡可能大;（4）采取基于軟件無線電設計思想的射頻直采技術[4]，完成數字下變頻、濾波和解調。

3.2 仿真與工程設計

功能原理框圖如圖3所示。射頻信號先后經過預選濾波器、低噪聲放大器LNA、濾波器、手動增益控制器、鏡頻濾波器后，送數字接收機。并采用基于軟件無線電設計思想的射頻數字化接收技術實現模/數變換和數字正交解調，實現信號的解調和匹配濾波。

通過ADISimFR、Mentor Expidition和Agilent ADS等工具，進行鏈路仿真，得到工程設計依據。

4 實現效果

經仿真設計，研制了一款基于射頻直采的8通道寬帶大動態接收機，工作頻率225～285MHz。預選濾波器測試如下圖所示，帶外抑制≥40dBc@200MHz以下及350MHz以上。實測插損≤1.5dB。

SFDR測試方法：兩臺信號源輸出頻差5MHz的兩個等幅信號，經合路器后注入接收通道，采集數字IO信號進行頻譜分析。輸入信號與60MHz帶寬頻譜中最大互調信號差值即為SFDR。測試數據如下圖所示，輸入信號230MHz和235MHz的情況下，SFDR均超過70dB。

5 結論

研制出一款基于射頻直采的寬帶大動態接收機，工作頻段225～285MHz，實現了60MHz帶寬、70dB雙音無虛假動態的接收性能。

參考文獻：

[1]蘭俊杰.復雜電磁環境下電磁干擾抑制措施研究[J].航天電子對抗，2008（6）：35-37.

[2]朱慶厚.無線電監測與通信偵察[M].人民郵電出版社，2005：120.

[3]林云.射頻通信電路[M].華中科技大學出版社，2009：51-52.

[4]楊小牛，樓才義，徐建良.軟件無線電技術與應用[M].北京理工大學出版社，2010：30-35.

作者簡介：楊一鳴（1981-），男，漢族，河南焦作人，碩士研究生，研究方向：偵察總體設計。