一種短波寬帶接收抗干擾設計方法

羅亞軍，趙彤宇

（廣州海格通信集團股份有限公司，廣東 廣州 510000）

1 應用環境

短波頻段的電磁環境較為復雜，相對于傳統的窄帶接收機，短波寬帶接收機接收到的干擾能量大大增加[1-3]。圖1為典型短波接收站點短波頻段總能量在一天內的變化曲線。

圖1 短波接收站點短波頻段總能量變化曲線

從圖1可以看出，干擾總能量在一天中不同時間的變化很大，整體能量偏強，偶爾會有大于5 dBm的強干擾出現，甚至一段時間內密集出現強干擾信號。一般情況下，短波環境噪聲在低頻段偏高，最差會接近-70 dBm；高頻段略低，在-110 dBm左右。由于寬帶內的強信號干擾會對整個接收系統產生嚴重的影響，因此如果寬帶接收信道的性能不能適應實際電磁環境下的工作要求，可能嚴重影響系統的可用性。寬帶接收信道的性能主要體現在靈敏度和動態范圍兩個方面，即系統在復雜電磁環境下的弱信號接收能力。

2 寬帶接收信道設計

寬帶接收系統主要有兩種技術方向，一是超外差寬帶技術，二是射頻直接采樣技術。兩種技術形式的優缺點比較見表1。

表1 超外差與射頻直采架構的優缺點比較

射頻直接采樣技術是隨著軟件無線電技術的興起而發展起來的技術，其性能直接受采樣器件性能的制約。結合性能良好的預選濾波器設計，使用直接采樣技術可達到不低于超外差形式的性能指標，且電路結構簡單，可以規避超外差技術存在的固有問題，大大降低了各類虛假信號出現的概率[4,5]。通過在接收信道中增加分段預選濾波器，可以提升寬帶系統的抗阻塞能力。

2.1 射頻鏈路設計

短波寬帶接收信道對天線接收到的射頻信號進行濾波、放大以及增益控制等處理，核心要求是具有高靈敏度、大動態范圍以及強抗阻塞能力，原理如圖2所示[6]。

圖2 寬帶接收信道原理

預選濾波器在滿足選頻接收帶寬的要求下，將短波全頻段分成N個子段進行濾波，保證進入接收通道的強信號只有全頻段的1/N，能夠明顯提升接收機的抗干擾能力。預選濾波器支持直通模式，在需要全頻段接收時置于直通模式。

器件選型時，充分考慮其動態范圍指標。采用19段濾波器實現對2～30 MHz短波工作頻段的分段預選濾波，帶外抑制達到25 dB以上，濾波器設計帶內損耗小于3 dB，輸入1 dB壓縮點大于20 dBm。放大器采用大動態低噪聲放大器設計，噪聲系數小于4 dB，增益13.8～15 dB，OIP3達到38～41 dBm。該放大器可以被開關旁路，在輸入信號達到一定功率時，放大器被旁路，降低15 dB增益，也作為射頻AGC的一部分。采用小步進數控衰減器，最小步進為0.5 dB，最大衰減量為31 dB，IIP3大于45 dBm。

根據所用電路的參數（考慮最壞情況），對系統接收鏈路的性能指標仿真分析如圖3所示。由仿真計算結果可以看出，接收鏈路可實現性能為噪聲系數≤10.55 dB（對應靈敏度-116.67 dBm）、增益≥16 dB、OIP3 ≥ 36.95 dBm[7]。

圖3 系統接收鏈路性能分析

2.2 預選濾波器設計

預選濾波器可以在射頻前端對干擾進行濾波，減少進入接收信道的干擾和噪聲信號的能量[8]。根據選頻寬帶接收的需求，預選濾波器采用19段帶通濾波器實現。為了降低濾波器的損耗，濾波器切換采用PIN二極管開關設計，在PIN控制電路模塊的控制下進行濾波器切換，預選濾波器原理如圖4所示。

圖4 預選濾波器原理

濾波器設計指標如表2所示。

表2 預選濾波器技術指標

3 抗干擾性能分析

由于短波頻段低噪偏高，且不同時段噪聲水平也不同，因此為了分析系統在實際天波環境下的工作性能，以下分為兩種典型噪聲情況進行計算，其他情況可依次類推[9]。

3.1 天波環境1（環境噪聲-110 dBm、3 kHz帶寬）

由于環境噪聲高于接收靈敏度，此時最小可接收的模擬信號為-98 dBm（12 dB信噪比），不同干擾輸入功率下的系統性能分析如表3所示（A/D留10 dB余量）。在此環境下，當輸入干擾信號功率達到5 dBm（帶內）和20 dBm（帶外）時，AGC衰減20 dB，系統靈敏度下降1.2 dB，實際接收動態范圍可以達到模擬101.8 dB、數字116.8 dB[10]。

表3 天波環境1系統接收性能分析

3.2 天波環境2（環境噪聲-100 dBm、3 kHz帶寬）

由于環境噪聲高于接收靈敏度，此時最小可接收的模擬信號為-88 dBm（12 dB信噪比），不同干擾輸入功率下系統性能分析如表4所示（A/D留10 dB余量）。在此環境下，當輸入干擾信號功率達到15 dBm（帶內）和20 dBm（帶外）時，AGC衰減30 dB，系統靈敏度下降1 dB，實際接收動態范圍可以達到模擬102 dB、數字117 dB。

表4 天波環境2系統接收性能分析

由計算可以看出，系統在復雜電磁環境下的動態范圍在100 dB（模擬）和115 dB（數字）以上，分段濾波器可以提升帶外干擾能力。當干擾位于工作頻段帶外時，動態范圍提升25 dB。

4 結 論

本文分析了短波寬帶接收機在典型工作環境中面臨的強信號干擾問題，從射頻鏈路的優化設計和預選濾波器的分段選擇方面給出了一種能夠提升抗干擾性能的設計方法。根據目前器件水平，經過分析計算，系統在典型干擾環境下能夠有效工作，抗干擾設計措施可行性較好。