微波射頻電路雜波干擾問題技術(shù)分析及改進研究

孫建華，滕新友，牟光紅，李亮

（四川九洲空管科技有限責(zé)任公司，四川 綿陽 621000）

0 引言

本文在解決微波射頻電路抗干擾的技術(shù)問題決時，注重提高電路自身抗外部干擾的能力，通過電路內(nèi)部設(shè)計優(yōu)化，降低電路內(nèi)部的干擾，從而實現(xiàn)微波射頻電路的高抗雜波干擾能力[1]。

1 微波射頻電路雜波干擾技術(shù)問題分析

（1）電磁環(huán)境復(fù)雜。在應(yīng)用過程中，微波射頻電路所處的電磁環(huán)境較為復(fù)雜、空間干擾源較多，使得微波射頻電路容易受到空間雜波信號的干擾，從而影響整個電路的指標(biāo)和正常運行。

（2）微波電路體積小導(dǎo)致電路復(fù)雜。隨著相控陣技術(shù)、多通道射頻TR前端的發(fā)展，對微波射頻前端電路的體積要求越來越小，從而導(dǎo)致微波內(nèi)部電路的復(fù)雜度提高，具體表現(xiàn)為設(shè)備、線路以及元器件之間的距離較近，存在交叉布置的問題，容易產(chǎn)生干擾。

（3）數(shù)模混合布板帶來干擾。隨著微波射頻電路集成度的提高，數(shù)模混合布板越來越常見，數(shù)字地和模擬地的分割、數(shù)字信號和模擬信號的交叉、數(shù)字電源和模擬電源的干擾等，會給模擬電路帶來干擾，影響電路質(zhì)量和指標(biāo)[2]。

2 微波射頻電路雜波干擾技術(shù)改進

2.1 針對空間電磁環(huán)境復(fù)雜的改進技術(shù)

為了有效解決微波射頻電路電磁環(huán)境復(fù)雜的問題，可以從RF布局實施改進，具體包括物理分區(qū)和電氣分區(qū)設(shè)計。

（1）物理分區(qū)設(shè)計。在實施物理分區(qū)方面：主要包括元器件布局、元器件朝向設(shè)置、金屬屏蔽功能設(shè)置等內(nèi)容。主要設(shè)計思想：相同功能電路布局到一塊，與其它功能電路進行分區(qū)和空間隔離，干擾源獨立布置且獨立分腔設(shè)計或加屏蔽罩，實現(xiàn)電路與干擾源的隔離，避免產(chǎn)生干擾。

（2）電氣分區(qū)設(shè)計。電氣分區(qū)設(shè)計方面：具體包括電源分配、RF走線、敏感電路和信號以及接地分區(qū)。其中，與印地板具有連接關(guān)系的電源，必須進行去耦處理，然后通過開關(guān)和穩(wěn)壓器實施分配。在PCB布線線寬選擇時，電源線直徑應(yīng)盡量較粗。高頻率放大器電源可以單獨設(shè)置電流線，盡量增加寬度，避免發(fā)生傳輸降壓問題。放大器、緩沖器、濾波器等設(shè)置時，RF輸出端應(yīng)與RF輸入端保持較大距離，避免其發(fā)生自激振蕩，從而造成強烈干擾[3]。

2.2 針對電路體積小和復(fù)雜性高的電路改進設(shè)計

在實踐中，針對微波射頻電路體積較小，復(fù)雜性較高，從而導(dǎo)致電磁干擾的問題，技術(shù)改進的關(guān)鍵在于接收電路部分的優(yōu)化設(shè)計，從而提升電路的接收性能和電磁兼容性、減少整個電路板的成本和尺寸，節(jié)約空間。除此以外，還要進行接地設(shè)計，消除敏感信號的強烈干擾。詳細(xì)設(shè)計如下。

（1）通過分塊處理優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)。針對微波射頻電路體積較小、復(fù)雜性較高的問題，應(yīng)進行電路結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，做到布局合理，距離適宜。采取電路分塊處理時，主要包括加高頻放大電路、混頻電路以及調(diào)節(jié)電路等內(nèi)容。最大限度的將強電信號和弱電信號分開設(shè)置，將數(shù)字信號電路和模擬信號電路分開設(shè)計。對于能夠完成同一功能的電路，應(yīng)盡量設(shè)置在一定范圍之內(nèi)，縮小信號環(huán)路面積，節(jié)約電路空間。對于各部分電路的濾波網(wǎng)絡(luò)，采取就近連接的模式，減少輻射，降低被干擾的幾率，提高電路抗干擾能力[4]。

（2）合理進行構(gòu)件距離設(shè)置。微波射頻電路內(nèi)部的元器件、線路、設(shè)備等之間的距離是否合理，將會直接影響電路的抗干擾能力。通常情況下，距離越大，干擾信號越弱，距離越小，干擾信號越強。但由于電路體積有限，距離不適宜過大。下面以混頻管之間的距離設(shè)計為例，詳細(xì)說明。

在微波射頻電路的接收電路設(shè)計中，每一組電路中的兩個混頻二極管之間距離是否科學(xué)合理，皆會影響實際的信號接收效果。為了解決這一問題，可以優(yōu)化設(shè)計回波信號和本振信號產(chǎn)生的等值相移的距離。根據(jù)實踐研究，相移距離可以對混頻發(fā)生之后兩個調(diào)制信號共模和差模成分產(chǎn)生影響，從而影響差分放大器效率，影響整個電路。為了使濾波器輸出調(diào)制信號的效率最大化，必須增加差模信號幅度，即|fA-B|最大化，具體可以轉(zhuǎn)化為求解下述公式最大值。

所以，φ的最優(yōu)解為π/2，AB兩點對應(yīng)的相移距離的最優(yōu)數(shù)值為λg/4。

（3）接地設(shè)計。通過電路接地設(shè)計，能夠抑制電磁噪聲、控制電磁干擾，盡量降低接地電阻阻抗，保證阻抗信號回流路徑最小。對于RF電路板，適宜采用多點串聯(lián)接地的模式，并對每個地線系統(tǒng)分開鋪設(shè)，使其與高頻系統(tǒng)之間保持一定距離。地線選擇的原則為短、直、粗。例如，某電路為雙面板且無地線層，在進行接地線寬度設(shè)置時，應(yīng)不低于1.5mm。地線布置如圖1所示。

圖1 地線的直尺結(jié)構(gòu)與非直尺結(jié)構(gòu)

2.3 數(shù)模混合布板下的地分割和濾波處理改進設(shè)計

（1）RF布線設(shè)計。布線設(shè)計工作開展，主要考慮走線寬度、線間距和走線阻抗的問題，通過布線設(shè)計解決地分割問題。RF走線具有短、直、粗的特點，應(yīng)根據(jù)需要設(shè)置線寬度，且寬度應(yīng)體現(xiàn)一致性，初始阻抗合理分配。RF走線應(yīng)盡量位于表層，拐角位置角度以45度為宜。

（2）并行濾波器法。這一方法在實際應(yīng)用過程中，主要是在雜波出現(xiàn)概率較大的頻段之內(nèi)，設(shè)置一組凹口位置具有差異性的雜波抑制濾波器，每個濾波器均可以對輸入信號實施濾波處理，并對輸出端每個濾波器輸出的雜波剩余情況進行判定，選取剩余雜波最小的作為雜波抑制之后的輸出。

在設(shè)計時，信號抗干擾濾波器應(yīng)滿足以下要求：其一，截止頻率范圍較寬，在幾百KHz到幾百MHz之間。其二，濾波器的源阻抗與負(fù)載阻抗能夠與連接電路的阻抗相協(xié)調(diào)。其三，應(yīng)盡量保證濾波器的Q值較小。基于上述原則，設(shè)置抗干擾濾波器電路如下所示：

圖2 抗干擾濾波器電路

（3）屏蔽設(shè)計。當(dāng)前使用的屏蔽結(jié)構(gòu)主要分為屏蔽格、屏蔽盒、雙層屏蔽、敷銅箔絕緣板屏蔽結(jié)構(gòu)四種類型。屏蔽電路布線應(yīng)遵循以下原則：其一，對于進入金屬屏蔽罩的數(shù)字信號線，應(yīng)位于內(nèi)層，信號層位于接地層之上，中間沒有其他層結(jié)構(gòu)；其二，RF信號線通過屏蔽罩缺口時，應(yīng)在缺口周圍大量布地，通過打過孔將不同層上的地連接在一起。

金屬屏蔽罩接地設(shè)計如果未滿足相關(guān)要求，將會影響屏蔽功能發(fā)揮。對于雙層屏蔽罩接地位置設(shè)置，應(yīng)考慮其對電流的影響情況，將信號電路輸出端與內(nèi)屏蔽罩連接在一起。梁屏蔽罩間連接、外屏蔽罩接地位置選在為信號電路輸出端[5]。

3 結(jié)論

綜上說述，微波射頻電路雜波干擾技術(shù)，存在電磁環(huán)境復(fù)雜、體積小、構(gòu)成復(fù)雜、數(shù)模板混合等問題，從而產(chǎn)生較大的干擾，不利于電路系統(tǒng)運行。可以合理進行物理分區(qū)和電氣分區(qū)設(shè)計，改善其電磁環(huán)境，合理設(shè)置電路結(jié)構(gòu)，改進混頻管距離，節(jié)約空間，并設(shè)置接地，降低干擾。除此以外，還可以通過合理布線，優(yōu)化濾波器設(shè)計等進行雜波處理，設(shè)置金屬屏蔽裝置，解決線模板混合設(shè)置的干擾問題。保證電路優(yōu)質(zhì)高效運行。