應用于軟件無(wú)線(xiàn)電跳頻電臺的射頻前端電路設計方案
隨著(zhù)DSP技術(shù)的發(fā)展,電子器件制作工藝的提升,A/D、D/A的取樣速率越來(lái)越高,無(wú)線(xiàn)電臺中的數字處理不斷往射頻前端推進(jìn),信道可重構的能力不斷得到提升,系統可以直接從中頻采樣,進(jìn)行數字信號處理。本方案接收機射頻前端系統基于軟件無(wú)線(xiàn)電理 論來(lái)設計和實(shí)現,以達到建立一個(gè)通用化、標準化、模塊化的接收機射頻前端系統仿真平臺的目標。以實(shí)現接收機射頻前端系統低噪聲系數,小的互調失真,大的動(dòng) 態(tài)范圍和鏡像抑制,良好的AGC,足夠的增益和正確的選擇性等設計要求。通過(guò)對接收機射頻前端的設計方案可行性分析和利用射頻電路仿真軟件ADS進(jìn)行系統 建模設計與參數仿真,實(shí)現接收機射頻前端電路設計的系統性能。
1、射頻前端系統方案設計及可行性分析
本接收機射頻前端主要任務(wù)是對信號進(jìn)行濾波、混頻、 放大的功能,并對系統可能受到的鏡像干擾頻率、互調干擾頻率進(jìn)行抑制。系統功能模塊主要包括濾波器、混頻器、放大器及本振等。系統工作頻率范圍為 100~150MHz,其中每10MHz帶寬作為一個(gè)信道用于跳頻調制,采用超外差二次混頻的結構,整個(gè)射頻前端系統的設計增益為110dB,系統噪聲為 3dB。其原理框圖如圖1所示。由圖1可以看出,選頻濾波器后的放大器為低噪聲放大器(LNA),LNA的噪聲系數對整個(gè)系統的噪聲系數起決定性的作用。 設計時(shí)在增益、噪聲系數、動(dòng)態(tài)范圍、VSWR、穩定性等指標之間進(jìn)行平衡。第一級混頻通過(guò)PLL改變第一級本振頻率,以接收不同信道的射頻信號,經(jīng)下變頻 把接收信號搬移到中頻為70MHz、頻率帶寬為10MHz的頻帶上。
圖1、接收機射頻前端原理框圖
在此過(guò)程中,混頻器是一個(gè)非線(xiàn)性器件,會(huì )引入大量交調分量,使得混頻后出現大量的組合干擾頻率點(diǎn),對有用信號造成嚴重的干擾,直接影響著(zhù)接收機性能。聲表波 中頻濾波器針對混頻可能出現的鏡像頻率干擾,進(jìn)行對中頻信號高品質(zhì)的頻率選擇性濾波,達到提高鏡像頻率抑制的設計目標。第二級混頻把中頻為 65~75MHz的頻帶信號搬移到10~20MHz,如圖2所示(虛線(xiàn)為一次混頻鏡像頻率,灰色為第二次混頻鏡像頻率)。由于其工作頻率相對較低,二次混 頻后的頻帶信號經(jīng)過(guò)自動(dòng)增益控制放大器級聯(lián)放大產(chǎn)生72dB左右的增益,其高增益也更容易實(shí)現、更穩定。
圖2、頻譜及鏡像分析圖
2、射頻前端系統建模與性能仿真及分析
2.1 射頻前端系統建模設計
運用ADS2008軟件對接收機射頻前端建模,設置各模塊 參數,選頻濾波器針對輸入射頻信號100~150MHz進(jìn)行濾波。LNA噪聲系數3dB,增益24dB,鎖相環(huán)輸出本振信號分別為175、185、 195、205、215MHz。SAW中頻濾波器中心頻率為70MHz,頻率帶寬10MHz。一次混頻和二次混頻后中頻放大器分別產(chǎn)生28dB和72dB 增益,如圖3所示。
圖3、接收機射頻前端系統仿真框圖
2.2射頻前端系統頻帶選擇性仿真
接收機射頻前端系統的頻帶選擇性的性能,主要由射頻 前端的選頻網(wǎng)絡(luò )所決定。采用傳統LC濾波器,通過(guò)調節第一級本振的輸入頻率,改變選頻網(wǎng)絡(luò )的中心頻率,設置本振為195MHz,實(shí)現對 120~130MHz射頻信號的下變頻處理。在A(yíng)DS中搭建第一級混頻電路模塊的仿真原理圖。由圖4可以看出,接收機在123MHz處最大增益為 20.827dB,也就是LNA的增益減去濾波器的插入損耗。選頻濾波器能很好對240~290MHz鏡像干擾信號進(jìn)行抑制。
圖4、選頻網(wǎng)絡(luò )S參數仿真
2.3射頻前端系統信道選擇性仿真
信道選擇功能主要由聲表波SAW中頻濾波器完成。仿真電路圖是一次混頻系統原理圖,其中本振頻率LO=195MHz。信道選擇性仿真結果如圖5所示。由圖5 可以看出,信號在120MHz處系統有最大增益約為13.46dB;通頻帶為10MHz, 增益在11dB以上。接收信號都集中在信道帶寬10MHz范圍內,帶內波動(dòng)很小,避免了接收到的信號產(chǎn)生非線(xiàn)性失真。鄰道抑制達到-43dB左右,滿(mǎn)足系 統設計指標。
圖5、信道選擇性仿真
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