高增益超外差信道的设计与实现
摘 要
介绍了一种具有高增益超外差信道的滤波、混频、增益控制等关键电路的设计。论述了信道镜像频率与中频虚假信号的产生以及抑制，对影响信道噪声系数、互调干扰的因素进行了分析。
【关键词】超外差 高增益 中镜频抑制 噪声系数
超外差变频信道凭借其噪声低、动态范围高、抗干扰能力强等诸多优点，广泛应用于不同射频频段的接收机。由于其处在整个接收系统的最前端，性能好坏直接影响获取到中频信号的质量，中镜频抑制噪声系数等是衡量超外差信道的关键指标。本文对超外差信道的设计与工程实现进行了研究。
1 超外差信道的总体设计
从整机指标要求大于105dB来考虑，若采用二次变频方案，由于高放及一中放增益不能过高，否则会使非线性干扰变得严重，整机的噪声系数也受高频前端的增益影响，并且二中增益应大于100dB，这是不太容易实现的。所以采用三次变频的方案实现，主要增益集中于末级中放，可保证互调性能良好。超外差信道由滤波、混频、增益控制等电路等组成，如图1所示。
2 关键电路的设计
在超外差解调信道中，需合理分配各级增益保证各放大器的工作稳定性，规划合理的中频频率提高信道的中镜频抗拒比与有效抑制互调干扰，选择合理放大器件降低信道的噪声系数提高信道的动态范围。
2.1 高频滤波器的设计
高频滤波器组要具有良好的单向性能和良好的反向隔离性，可防止接收频率以外的干扰信号（如镜像频率：镜频频率fs=f0+2fi，本振信号fi=f0+fi，f0为输入射频信号，fi为中频信号，由此可见镜频信号和本振信号混频同样可以产生中频信号）进入对信道造成影响，也可防止信道内本振等信号反向辐射通过接收天线泄漏到空间污染电磁环境。由于预选器处在信道前级，其对噪声影响很大，所以选择为低损耗的LC亚倍频程无源滤波组以及低损耗高速电子开关配合低通滤波器，进一步提高对中频与镜频等外界干扰的抑制。
2.2 中频电路的设计
中频的频率必须在工作频率范围之外，才能有效发挥混频前各级电路的滤波作用，避免中频干扰毫无阻挡地进入接收机，将较强的中频干扰信号滤除，大大提高中频抗拒比。
将中频选取在接收频带外，可以有两种不同的选择方案：一种是低中频，一种是高中频。随着对接收机选择性要求的不断提高，一般选择高中频方案。其优点是：中频越高，镜像干扰及其寄生通带干扰离所需信号频率越远，因而混频前电路对它们的滤除能力也就越强，提高镜像抗拒比；高中频使两个较近的大信号在变换到中频后离的很远，中频滤波器很容易滤除其中一个，因而形成的这种干扰的可能性减小，有利于抵制互调干扰，可以大大减少低阶干扰的哨声数目。
为了进一步提高中镜频抑制指标，一中滤波器采用高Q值的LC滤波器来抑制二中频与二镜频，二中及三中滤波器采用高矩形系数的滤波器来抑制各种带外杂散频率，从而解决了中镜频指标无法进一步提高的难题。
2.3 增益控制电路的设计
为适应变频信道输入信号动态范围，在小信号输入时，必须设置足够的增益满足输出电平的要求；而在大信号输入时，由于增益较高，变频信道就会处于非线性状态，产生互调干扰。在本设计中除了要选择线性度高的器件增大动态范围外，还采用增益控制电路来满足要求。增益控制电路主要考虑以下两方面：
（1）最大增益由输入最小电平决定；
（2）增益控制电路衰减过大时不能对噪声系数影响过大，否则会影响输出信号的信噪比。
设计中在容易出现线性失真的电路前设置一级数控衰减器，衰减范围大于输入信号的变化范围，该衰减器前设置低噪声放大器既可以弥补前级电路的损耗，又有利于提高变频信道的噪声系数，避免过大影响输出信噪比；另外在电路后级设置一级数控衰减器可能精确的控制输出电平，此放大器后设置大动态放大器，用于满足输出电平与互调指标。
3 器件选型
为了降低噪声，主要区别是采用的第一级放大器不同，一般选取低噪声、高动态的放大器。高放选取的放大器AM-147具有噪声低、增益高、动态大的特点；一中频放大选取放大器MSA-1120SN；二中放大单元选取放大器MAV-11SM与ERA-51SM，它们都具有噪声低、动态大的特点；三中放大单元选取运算放大器OPA685N具有功耗小、增益可调的特点。
4 测试结果
信道设计、调试完成后指标测试表明增益等各指标满足系统要求，结果如表1。
5 结语
本文介绍了高增益超外差信道的设计，对其中关键电路进行了较为详细的分析与描述。在工程实现中采用集成化的器件，进而实现产品的小型化。通过实机测试表明，该信道指标性能良好、可靠性高，满足了系统使用要求。
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