宽带大动态接收技术

来源:用户上传      作者:杨一鸣

　　摘 要：本文介绍了一种适应于复杂电磁环境下工作的接收机技术，能够对外界信号实现高灵敏、宽带大动态接收。
　　关键词：宽带;大动态;接收
　　中图分类号：TN975文献标识码：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
　　通信侦察接收机追求的是高灵敏接收微弱信号。但是，随着现代电磁环境日益复杂，侦察站周边很大程度上会存在各种各样的干扰信号，如调频广播、民航通信、广播电视、通信基站等，其生存环境面临巨大挑战。尤其是在沿海和近海环境，其电磁辐射源数量更多，信号的密集程度更高、复杂性更强[1]。通信侦察接收机往往需要存在大信号的情况下，对小信号实现高概率侦收。宽带大动态接收是通信偵察接收机的发展趋势。
　　1 接收机的关键指标
　　对接收机而言，灵敏度和动态范围是其最重要的两个指标，都跟接收机带宽有关系。
　　1.1 灵敏度
　　接收机的灵敏度表达式如下所示：
　　式中，k为波尔茨曼常数，k=1.38×10-23（Ws/J）;T为热力学温度，通常取290K，B为接收机的带宽，单位Hz;NF为噪声系数，单位dB;SNR为检测信噪比，单位dB。
　　1.2 动态范围
　　接收机动态范围主要分为线性动态范围和无虚假动态范围。线性动态范围表达式如下：
　　式中，DR为线性动态范围，单位dB;P-1o为输出1dB压缩点，单位dB;G为1dB压缩点功率增益，单位dB;B为带宽，单位Hz;NF为噪声系数，单位dB;SNR为检测信噪比，单位dB。
　　上式可见，SNR一定的情况下，提高1dB压缩点、减少带宽、降低NF都有助于提高接收机动态范围。无虚假动态范围是反映多信号输入时，由于非线性产生的互调信号电平小于某一要求的动态范围。常采用两个等幅信号测试，通过接收机的二阶响应、三阶响应来反映。
　　如图1所示，三阶截点越高，说明输入信号的互调分量越小，无虚假动态范围也越大。无虚假动态范围的表达式[3]如下所示：
　　式中，IIP3为三阶互调截点，单位dBm;Sens为接收机灵敏度，单位dBm。
　　从（3）式看出，SFDR主要受IIP3制约。接收机带宽也会限制SFDR。带宽越宽，多信号瞬时输入概率也会越大，而且引入外部干扰的可能性也会增加，接收机灵敏度随之降低，SFDR也减小。侦察接收机追求高灵敏度侦收，需要高增益、低噪声，但AD峰值电压一定，系统增益越高，则适应大信号能力越差。通常而言，模拟通道增益越高，输入三阶截点也越低。
　　2 现有宽带接收机的主要架构和不足
　　当今世界上所使用的无线电接收机，绝大部分是超外差式的。超外差接收机的基本原理如图2所示。天线接收下来的信号，经过放大器、滤波器后送入混频器，然后得到中频信号。
　　图中架构优点在于：通道总的增益分配容易实现，且在较低固定中频上进行量化也容易实现。但是也存在以下不足：（1）组合干扰频点较多，容易引起寄生通道干扰;（2）由于引入的模拟有源电路较多，当多信号进入接收机后，互调杂散较为严重;（3）由于本振泄漏到天线或混频器输入端，造成混频器上产生自混频，从而产生直流分量，带来接收机信噪比严重恶化。
　　因此，超外差接收机设计也存在自身的固有缺点，容易产生更多的虚假响应。
　　3 一种宽带大动态接收技术
　　3.1 设计思路
　　设计思路包括：（1）减少模拟变频等非线性环节，提升接收机瞬时动态;（2）采用预选滤波方式，抑制边带强干扰信号;（3）高线性微波前端设计，保证接收机动态范围尽可能大;（4）采取基于软件无线电设计思想的射频直采技术[4]，完成数字下变频、滤波和解调。
　　3.2 仿真与工程设计
　　功能原理框图如图3所示。射频信号先后经过预选滤波器、低噪声放大器LNA、滤波器、手动增益控制器、镜频滤波器后，送数字接收机。并采用基于软件无线电设计思想的射频数字化接收技术实现模/数变换和数字正交解调，实现信号的解调和匹配滤波。
　　通过ADISimFR、Mentor Expidition和Agilent ADS等工具，进行链路仿真，得到工程设计依据。
　　4 实现效果
　　经仿真设计，研制了一款基于射频直采的8通道宽带大动态接收机，工作频率225～285MHz。预选滤波器测试如下图所示，带外抑制≥40dBc@200MHz以下及350MHz以上。实测插损≤1.5dB。
　　SFDR测试方法：两台信号源输出频差5MHz的两个等幅信号，经合路器后注入接收通道，采集数字IO信号进行频谱分析。输入信号与60MHz带宽频谱中最大互调信号差值即为SFDR。测试数据如下图所示，输入信号230MHz和235MHz的情况下，SFDR均超过70dB。
　　5 结论
　　研制出一款基于射频直采的宽带大动态接收机，工作频段225～285MHz，实现了60MHz带宽、70dB双音无虚假动态的接收性能。
　　参考文献：
　　[1]兰俊杰.复杂电磁环境下电磁干扰抑制措施研究[J].航天电子对抗，2008（6）：35-37.
　　[2]朱庆厚.无线电监测与通信侦察[M].人民邮电出版社，2005：120.
　　[3]林云.射频通信电路[M].华中科技大学出版社，2009：51-52.
　　[4]杨小牛，楼才义，徐建良.软件无线电技术与应用[M].北京理工大学出版社，2010：30-35.
　　作者简介：杨一鸣（1981-），男，汉族，河南焦作人，硕士研究生，研究方向：侦察总体设计。
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