短波射頻電路平臺設計與研究

呂 星，孫 婷

（西安烽火電子科技有限責任公司，陜西 西安 710000）

0 引 言

隨著無線通信技術的發展，無線通信領域對通信平臺的功能要求越來越高。通信系統硬件設計需要滿足無線電路軟件設計的需要，在硬件平臺上通過軟件編程和升級，實現對通信功能的調整和升級，而無需進行重新的硬件電路設計。通過可編程硬件平臺設計，可以提升通信模型的靈活性和兼容性，縮短開發周期，降低研發成本。在通信領域，通用開放性的可編程硬件平臺具有很大的需求。文中給出了一種短波射頻電路的設計方案，射頻電路結構主要包括發送電路、接收電路、混頻前端控制電路、放大電路以及中頻濾波電等部分，主要完成的功能包括信號發送、信號接收、設備自檢以及信號接收與發送的轉換等。

1 接收電路設計

系統中接收電路設計選用的是中頻超外差結構，具備優良的信號靈敏度，對中頻和鏡頻等干擾源具有較好的抑制效果[1]。接收電路的處理流程如下，首先輸入端接收到射頻信號，對射頻信號進行限幅、濾波以及混頻處理，其次對中頻段進行信號放大和濾波處理，最后將獲得的中頻模擬信號輸入后端的中頻數字處理設備，模數轉換后進行數字信號處理。接收電路結構如圖1所示[2]。

圖1 接收電路結構

接收到的短波射頻信號經過天線調節器、采樣電路以及濾波電路處理后，輸入至射頻接收電路。帶通濾波器的帶寬設定在2～30 MHz，信號經帶通濾波和衰減網絡之后，再與本振信號進行混頻處理，得到混頻后的中頻信號。其中，AGC信號負責控制衰減網絡上的衰減量設置，控制信號通過控制電壓電路產生[3]。混頻處理后的中頻信號首先通過低噪聲放大器進行濾波，其次經過兩級窄帶寬的濾波器進一步濾除信號雜波，最后再通過AGC控制中頻放大器對信號進行放大處理，最終輸出滿足中頻數字信號處理電路所需的模擬信號。

靈敏度是評價接收機信號的重要指標之一，能夠映射出電路對微弱信號的接收能力，在接收機處于正常狀態時，其表示接收天線需要感應出電動勢的最小值。在相同的發射功率下，若接收機的靈敏度越高，則表示接收機對弱信號的接收能力越高，能夠實現的通信距離也越大。在相同的通信距離條件下，若接收機的靈敏度越高，則發射機需要輸出的發射功率將越小，將能夠實現通信設備的小型化和輕量化設計。為提供接收電路的靈敏度，一方面需要增加接收通道電路中的放大增益，另一方面需要抑制接收電路中存在的各種干擾噪聲。不能通過過分增加放大增益來實現靈敏度的無限提升，因為增益的放大會使隨機噪聲增大，微弱有用信號將淹沒在接收通道中的噪聲中，無法達到設計要求的信噪比值。為提升接收機的接收靈敏度，應該在提升信道增益的同時，對接收信道中的內部噪聲進行濾波和抑制，以增強對外部干擾的屏蔽。

2 AGC控制電路設計

自動增益控制電路（Automatic Gain Control，AGC）屬于閉環反饋類型的控制電路。在短波信號傳播的過程中，多波會出現多路徑和衰減現象，從而造成短波信號性能發生時變，造成天線接收到的信號幅度會隨時間發生波動，一般表現為接收到音頻信號的聲音大小會出現忽大忽小的現象，甚至出現中斷。在中頻數字信號處理系統中，若中頻輸出信號幅值過大，將會造成A/D轉換結果發生飽和，造成輸出信號失真，無法完成正常的模數轉換，此時需要利用自動增益控制電路（AGC）來自動控制電路增益，實現對信號幅值的壓縮，將幅值控制在可接受變化范圍，確保信號不發生失真現象[4]。

射頻電路要求AGC控制電路的控制范圍要能夠達到80 dB，為了提升AGC的動態控制范圍，系統中引入了可控的衰減網絡，在檢測芯片的同時集成衰減網絡和可控增益的放大器，二者均通過AGC電壓進行統一控制。通過串聯結構將兩個可控增益電路進行串聯，兩個增益電壓集成在一塊芯片中構造成閉環反饋控制，實現對AGC動態控制范圍的提升。AGC控制電路結構如圖2所示，衰減器和放大器共同組成控制回路，衰減器的最大衰減量可設置到25 dB，放大器可選擇的增益動態范圍達到70 dB，總共的增益可調節范圍為95 dB，符合設計所提的指標要求[5]。

圖2 AGC控制電路結構

可控增益放大器可分為兩類，一種為輸入可控的增益放大器，放置在衰減電路后邊，另一種為輸出可控的增益放大器，放置在衰減電路前面。一般選用輸入可控的增益放大器，能更好地降低信號發生失真的可能。AGC控制回路的反饋是由檢波器和直流放大器構成，系統中檢測電路選用對數放大器，該放大器與包絡檢波器不相同，包絡檢波器主要是用來表現解調電壓的包絡變化，AGC檢波器同時起到放大器作用，反應載波電壓的幅度。AGC檢波器的輸出端會連接低通濾波器，將低通濾波器的截止頻率設置在很低的數值，濾除其中反應包絡變化的分量。

3 發射電路設計

發射電路的作用主要是處理數字處理系統輸出的中頻模擬信號，處理環節主要包括衰減環節、濾波環節、變頻環節以及射頻放大環節等，最終輸出射頻激勵信號至短波功率放大器[6]。中頻數字信號經過D/A轉換，轉換為模擬信號，將模擬信號輸出至射頻發射電路。中頻模擬信號經過發送和濾波后，經混頻后生成2～30 MHz的短波。30 MHz高通濾波器和1.5 MHz低通濾波器實現了對信號的濾波處理，濾除不在短波頻段的信號分量。信號發送電路原理如圖3所示，中頻信號首先利用電位器調制信號幅度，再流經濾波器、混頻器以及發送放大器，保證整個信道的增益需要大于射頻發送電路設計要求，此外通過電位計調制信道發送增益，使其滿足射頻發送電路接口要求。

圖3 發送電路原理

4 結 論

本文提出了短波射頻電路的整體設計方案，并給出了電路中關鍵電路的具體設計方法，滿足射頻收發指標需求。此外提出了AGC控制電路設計方法，其具有較強的靈敏度和可控的增益范圍。通過應用AGC閉環反饋控制回路，可有效提升接收電路的靈敏度，有利于提升短波通信的信噪比，提升短波射頻通信的信道質量。