短波中頻數(shù)字化平臺(tái)中射頻電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

文｜王洋 張志強(qiáng)

一、引言

基于現(xiàn)代化技術(shù)構(gòu)建的可編程硬件平臺(tái)具有開放性特點(diǎn)，能夠?qū)Σ煌浖M(jìn)行加載，完成通信功能、信號(hào)波形等設(shè)置工作。在操作過程中，離不開設(shè)置軟件的支撐。但由于我國(guó)在軟件無線電方面起步較晚，所以在設(shè)計(jì)射頻電路方面依然存在諸多問題，主要體現(xiàn)在接收選擇靈敏度不高、采用數(shù)字化電路無法實(shí)現(xiàn)信道分離目標(biāo)、A/D轉(zhuǎn)換階段信噪比惡化等方面，對(duì)此，本文將在現(xiàn)有理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，將射頻電路引入中頻數(shù)字化平臺(tái)，以此來實(shí)現(xiàn)短波接收功能。

二、接收電路設(shè)計(jì)

（一）混頻前端接收電路設(shè)計(jì)

混頻器前端的電路設(shè)計(jì)是接收電路設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，需要設(shè)計(jì)人員合理處理短波射頻信號(hào)的濾波，并在確保電路通暢的情況下，將可控衰減電路接入其中，達(dá)到拓展電路范圍的最終目標(biāo)。

濾波器單元接收的信號(hào)在經(jīng)過限幅器后，會(huì)通過繼電器進(jìn)入通道，而后完成信號(hào)處理工作。射頻信號(hào)經(jīng)過濾波器及衰減網(wǎng)絡(luò)后，能夠進(jìn)入混頻器，從而完成混頻工作。在電壓控制下，衰減網(wǎng)絡(luò)的衰減量能夠得到有效控制，最大能夠達(dá)到25dB左右。

（二）混頻電路設(shè)計(jì)

RF信號(hào)在經(jīng)過射頻前端電路處理后，會(huì)進(jìn)入限幅保護(hù)器，而后輸入混頻器與震蕩信號(hào)混頻，在此基礎(chǔ)上會(huì)產(chǎn)生IF信號(hào)。在本次設(shè)計(jì)中，采用的電路接收方案為高中頻超外差式方案。混頻后的電路會(huì)產(chǎn)生中頻信號(hào)，其頻率為70MHz，該頻率與短波接收信號(hào)相比，至少高出2.3倍，降低交調(diào)干擾進(jìn)入中頻頻帶的幾率，有利于提高接收電路穩(wěn)定運(yùn)行水平。其原理圖如圖1所示。

圖1 混頻器電路圖

（三）低噪聲中頻放大電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)人員結(jié)合設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析，應(yīng)重視提高電路靈敏度，這就需要合理選擇低噪聲放大器和濾波器。本次設(shè)計(jì)選擇的放大器型號(hào)為HE387E，就是中頻信號(hào)進(jìn)入放大器后能夠放大信號(hào)，而后經(jīng)過通道寬帶為10KHz、中心頻率為70MHz的濾波器后，能夠?qū)㈦s波分量有效濾除。

三、發(fā)射電路原理設(shè)計(jì)

（一）發(fā)中頻放大器設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)人員要結(jié)合發(fā)信道設(shè)計(jì)方案，對(duì)處理平臺(tái)處理完畢的中頻信號(hào)進(jìn)行放大，其放大原理圖如圖2所示。該電路圖組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，將電阻R71和R66接入發(fā)射極，在一定程度上提高了晶體管阻抗能力，優(yōu)化了非線性，為了達(dá)到放大器增益效果，需要在基極和集電極安裝負(fù)反饋電路，從根源上規(guī)避自激問題。濾波電路的主要作用是濾除IF信號(hào)的高次諧波，射隨器的主要作用是達(dá)到抗組變換效果。

圖2 發(fā)中頻放大原理圖

（二）自檢電路設(shè)計(jì)

為了提高產(chǎn)品測(cè)試能力，需要在設(shè)計(jì)過程中將收發(fā)自檢電路加入射頻電路中，以此來對(duì)電路運(yùn)行狀況進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，并解釋發(fā)出檢測(cè)信號(hào)。設(shè)計(jì)原理如圖3所示。該電路主要由二極管組成，通過發(fā)射頻輸出激勵(lì)信號(hào)，能夠完成檢波工作，通過放大器對(duì)直流信號(hào)進(jìn)行放大后，將其傳入比較器，而后輸出電壓指示信號(hào)，在此基礎(chǔ)上判斷是否滿足接口要求，從而分析射頻電路運(yùn)行狀況和收發(fā)通道工作狀況，如果存在故障，會(huì)及時(shí)發(fā)出指示信號(hào)，督促技術(shù)人員處理。

圖3 自檢電路原理圖

（三）收發(fā)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)

由于本文設(shè)計(jì)的射頻電路在運(yùn)行過程中主要采用雙工工作方式，所以需要確保收、發(fā)信道在電路處理時(shí)相互獨(dú)立，為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，可以通過轉(zhuǎn)換電路隨意切換收、發(fā)信道狀態(tài)，本次設(shè)計(jì)主要采用8V電實(shí)現(xiàn)信道切換工作，如圖4所示。對(duì)電路圖進(jìn)行分析可以看出，在電路處于收狀態(tài)時(shí)，發(fā)通道的8V電會(huì)經(jīng)過繼電器接地，此時(shí)發(fā)通道會(huì)處于不工作狀態(tài)。如果電路處于發(fā)狀態(tài)，收通道的8V電經(jīng)過繼電器接地，此時(shí)收通道會(huì)處于不工作狀態(tài)。

圖4 收發(fā)信道轉(zhuǎn)換電路圖

（四）收末級(jí)放大電路設(shè)計(jì)

中頻信號(hào)在經(jīng)過中頻放大器和濾波器后，為了滿足中頻接口要求，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的幅度指標(biāo)，需要在信號(hào)接收前，使用晶體管設(shè)計(jì)放大電路，本次設(shè)計(jì)主要采用NPN硅，和BFR93晶體管。該電路在分壓偏置電路反饋電流的基礎(chǔ)上，能夠更好地適應(yīng)環(huán)境變化。放大器在運(yùn)行過程中，可以在允許范圍內(nèi)隨意變動(dòng)。另外，射頻電路的接收信道輸出的信號(hào)能夠?yàn)閿?shù)字化處理平臺(tái)處理接收功能模塊提供準(zhǔn)確依據(jù)。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，軟件無線電技術(shù)不斷優(yōu)化和升級(jí)，為AD轉(zhuǎn)換芯研發(fā)、創(chuàng)新奠定了良好基礎(chǔ)，在這一背景下，射頻數(shù)字接收機(jī)的靈敏度也會(huì)得到一定提升。為了達(dá)到這一目標(biāo)，需要合理設(shè)計(jì)射頻電路，通過優(yōu)化A/D轉(zhuǎn)換電路，提高電磁兼容性，確保射頻電路穩(wěn)定運(yùn)行。在本次設(shè)計(jì)中，主要對(duì)發(fā)射電路和接收電路進(jìn)行深入研究，主要目標(biāo)是解決收發(fā)轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的瞬時(shí)沖擊問題，改善信號(hào)通道平坦度，增強(qiáng)射頻電路可靠水平和可生產(chǎn)性，切實(shí)彌補(bǔ)射頻電路設(shè)計(jì)中存在的薄弱之處，控制潛在問題和隱患。