CN105306078A - 一种用于射频直接采样接收机的高增益放大器及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于射频直接采样接收机的高增益放大器及实现方法。天线收到的工作频带内的信号，依次通过LC带通滤波器I、宽带低噪声放大器、声表带通滤波器I、高频三极管I、声表带通滤波器II、高频三极管II、LC带通滤波器II、高频三极管III、晶体滤波器、高频三极管IV、数控衰减器和集成射频放大器从LC低通滤波器输出放大信号，电子滤波器I接宽带低噪声放大器，电子滤波器II接高频三极管I，电子滤波器III接高频三极管II，电子滤波器IV接高频三极管III，电子滤波器V接高频三极管IV、电子滤波器VI接集成射频放大器。效果是：整个放大器增益117dB，可以在宽频段范围内稳定工作，具有温度补偿功能，保证整机在-25℃～55℃范围内增益变化不超过3dB。

Description

一种用于射频直接采样接收机的高增益放大器及实现方法

技术领域

本发明涉及一种用于射频直接采样接收机的高增益放大器及实现方法。

背景技术

随着高速A/D、D/A、DSP器件性能的不断提高，使接收机的射频直接带通采样技术有了施展的平台。射频直接采样接收机相对于传统超外差接收机来说，具有可重配置性强，灵活、开放等特点，容易形成模块化和标准化。通过射频直接采样技术，使用分路滤波和带通采样方法，可实现对多路射频信号的同步采集，可对采集数据进行同步传输。射频直采技术必然要用到高增益射频放大器，因为天线接收下来的信号幅度是μV级别的，而A/D的最小分辨率也要数十mV，这就需要高增益放大器（增益100dB以上）把微弱的射频信号放大到适合A/D器件采样的幅度，并且要尽可能地降低放大器的噪声系数，以使放大器的输出信号有足够的信噪比供后面的电路采样和数据处理。

发明内容

鉴于现有技术的状况及存在的不足，本发明提供了一种用于射频直接采样接收机的高增益放大器及实现方法，以应对现有技术需要高增益放大器的需求。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方案是：一种用于射频直接采样接收机的高增益放大器，包括二个金属盒体，其特征在于：还包括高增益放大器电路，所述高增益放大器电路由第一放大单元和第二放大单元构成，所述第一放大单元包括LC带通滤波器I、宽带低噪声放大器、声表滤波器I、高频三极管I、声表滤波器II、高频三极管II、电子滤波器I、电子滤波器II、电子滤波器III，具体连接为：天线收到的工作频带内的信号依次通过LC带通滤波器I、宽带低噪声放大器、声表滤波器I、高频三极管I、声表滤波器II与高频三极管II连接，通过射频输出插座输出放大后的信号；电源通过电子滤波器I接宽带低噪声放大器，电源通过电子滤波器II接高频三极管I，电源通过电子滤波器III接高频三极管II；

所述第二放大单元包括LC带通滤波器II、高频三极管III、晶体滤波器、高频三极管IV、数控衰减器、集成射频放大器、LC低通滤波器、电子滤波器IV、电子滤波器V、电子滤波器VI，具体连接为：第一放大单元的输出放大后的信号依次通过LC带通滤波器II、高频三极管III、晶体滤波器、高频三极管IV、数控衰减器、集成射频放大器与LC低通滤波器连接，经过滤波后的信号加到输出端的射频插座；电源通过电子滤波器IV接高频三极管III，电源通过电子滤波器V接高频三极管IV、电源通过电子滤波器VI接集成射频放大器；

第一放大单元放置在一个金属盒内，第二放大单元放置在另一个金属盒内，第一放大单元和第二放大单元通过电缆连接。

一种用于射频直接采样接收机的高增益放大器的实现方法，其特征在于：步骤如下，将整个高增益放大器分为2个放大单元：第一放大单元和第二放大单元；

第一放大单元的工作过程：天线收到的工作频带内的信号首先由第一放大单元的射频输入插座接入，经过LC带通滤波器I，此LC带通滤波器I的插损2dB，加到宽带低噪声放大器产生20dB的增益，之后经过声表滤波器I进行滤波，约有3dB的插损，再经过高频三极管I放大产生22dB的增益，经过声表滤波器II进行滤波，有3dB的插损，再经过高频三极管II放大，有22dB的增益，放大后的信号加到第一放大单元的射频输出插座，

第一放大单元的增益计算如下：

第一放大单元的增益=-2dB+20dB-3dB+22dB-3dB+22dB=56dB；

第二放大单元的工作过程：第一放大单元的射频输出接到第二放大单元的射频输入，经过LC带通滤波器II，此LC带通滤波器II的插损2dB，加到高频三极管III这一级电路放大，有22dB的增益，之后经过晶体滤波器进行滤波，晶体滤波器有3dB的插损，再经过高频三极管IV这一级电路放大，有22dB的增益，之后通过数控衰减器，数控衰减器的衰减量步进为1dB，它的作用是调节整机总的增益，还可以用作整机增益的高低温补偿，经过数控衰减器的信号最后送到集成射频放大器，这级有23dB的增益，输出的信号经过后面的低通滤波器进行滤波，虑除谐波分量，低通滤波器有1dB的插损，经过滤波后的信号加到输出端的射频插座，

第二放大单元的增益计算如下：

第二放大单元的增益=-2dB+22dB-3dB+22dB+23dB-1dB=61dB，

这样，整机的增益就有第一放大单元的增益+第二放大单元的增益=117dB；

上述使用的有源放大器都是宽带器件，级间配有LC带通滤波器或者声表滤波器或者晶体滤波器，根据接收频率来确定这些滤波器的中心频率。LC带通滤波器和声表滤波器的带宽较宽，通常达几MHz到十几MHz，目的是为了缩小高增益放大器的带宽，从而降低噪声功率提高输出信号的信噪比，晶体滤波器的带宽较窄，从几KHz到几百KHz，使用晶体滤波器是为了选出需要接收的信号；

本高增益放大器由于有很高的增益，其中各级放大器极易因耦合造成正反馈自激，故每级放大器的供电电路上都加了电子滤波器，使得每级都用“纯净”的电源供电。

本发明的有益效果是：本发明与射频直接采样接收机配合使用，实现了无线接收机的射频直接解调接收，相对于传统的超外差接收机在灵敏度指标上有3－4dB的提高，并且省去了超外差接收机中的频率合成器，也避免了高低温环境下合成器频率偏移引发的灵敏度下降的问题。

整个放大器增益117dB，可以在宽频段范围内稳定工作，具有温度补偿功能，保证整机在-25℃～55℃范围内增益变化不超过3dB。

整机具备极好的低噪声性能。前级使用超低噪声放大元器件以及输入端合适的低插损滤波器使得整机的噪声系数不超过2dB。

附图说明

图1为本发明的电路连接框图。

具体实施方式

如图1所示，一种用于射频直接采样接收机的高增益放大器，包括二个金属盒体，还包括高增益放大器电路，高增益放大器电路由第一放大单元和第二放大单元构成，第一放大单元包括LC带通滤波器I、宽带低噪声放大器、声表滤波器I、高频三极管I、声表滤波器II、高频三极管II、电子滤波器I、电子滤波器II、电子滤波器III；具体连接为：天线收到的工作频带内的信号依次通过LC带通滤波器I、宽带低噪声放大器、声表滤波器I、高频三极管I、声表滤波器II与高频三极管II连接，通过射频输出插座输出放大后的信号；电源通过电子滤波器I接宽带低噪声放大器，电源通过电子滤波器II接高频三极管I，电源通过电子滤波器III接高频三极管II。

第二放大单元包括LC带通滤波器II、高频三极管III、晶体滤波器、高频三极管IV、数控衰减器、集成射频放大器、LC低通滤波器、电子滤波器IV、电子滤波器V、电子滤波器VI；具体连接为：第一放大单元的输出放大后的信号依次通过LC带通滤波器II、高频三极管III、晶体滤波器、高频三极管IV、数控衰减器、集成射频放大器与LC低通滤波器连接，经过滤波后的信号加到输出端的射频插座；电源通过电子滤波器IV接高频三极管III，电源通过电子滤波器V接高频三极管IV、电源通过电子滤波器VI接集成射频放大器；

第一放大单元放置在一个金属盒内，第二放大单元放置在另一个金属盒内，第一放大单元和第二放大单元通过电缆连接。

由于整个放大电路增益很高，为避免输入与输出之间耦合而造成放大器自激，将第一放大单元和第二放大单元分别独立的设置在具有优良屏蔽性能的一个金属盒内，两个放大单元的射频连接采用泄漏极低的刚性电缆，以切断第一放大单元和第二放大单元输入和输出之间的耦合，使其可以稳定工作。

一种用于射频直接采样接收机的高增益放大器的实现方法，步骤如下：将整个高增益放大器分为2个放大单元：第一放大单元和第二放大单元。

第一放大单元的工作过程：天线收到的工作频带内的信号首先由第一放大单元的射频输入插座接入，经过LC带通滤波器I，此LC带通滤波器I的插损2dB，加到宽带低噪声放大器产生20dB的增益，之后经过声表滤波器I进行滤波，约有3dB的插损，再经过高频三极管I放大产生22dB的增益，经过声表滤波器II进行滤波，有3dB的插损，再经过高频三极管II放大，有22dB的增益，放大后的信号加到第一放大单元的射频输出插座。

第一放大单元的增益计算如下：

第一放大单元的增益=-2dB+20dB-3dB+22dB-3dB+22dB=56dB。

第二放大单元的工作过程：第一放大单元的射频输出接到第二放大单元的射频输入，经过LC带通滤波器II，此LC带通滤波器II的插损2dB，加到高频三极管III这一级电路放大，有22dB的增益，之后经过晶体滤波器进行滤波，晶体滤波器有3dB的插损，再经过高频三极管IV这一级电路放大，有22dB的增益，之后通过数控衰减器，数控衰减器的衰减量步进为1dB，它的作用是调节整机总的增益，还可以用作整机增益的高低温补偿，经过数控衰减器的信号最后送到集成射频放大器，这级有23dB的增益，输出的信号经过后面的低通滤波器进行滤波，虑除谐波分量，低通滤波器有1dB的插损，经过滤波后的信号加到输出端的射频插座。

第二放大单元的增益计算如下：

第二放大单元的增益=-2dB+22dB-3dB+22dB+23dB-1dB=61dB。

这样，整机的增益就有第一放大单元的增益+第二放大单元的增益=117dB。

上述使用的有源放大器都是宽带器件，级间配有LC带通滤波器或者声表滤波器或者晶体滤波器，根据接收频率来确定这些滤波器的中心频率。LC带通滤波器和声表滤波器的带宽较宽，通常达几MHz到十几MHz，目的是为了缩小高增益放大器的带宽，从而降低噪声功率提高输出信号的信噪比，晶体滤波器的带宽较窄，从几KHz到几百KHz，使用晶体滤波器是为了选出需要接收的信号。

本高增益放大器由于有很高的增益，其中各级放大器极易因耦合造成正反馈自激，故每级放大器的供电电路上都加了电子滤波器，使得每级都用“纯净”的电源供电。

为使整机可靠工作，提高输出与输入之间的隔离度，从电路和结构两方面采取措施。电路上采取的措施有，在各级放大器的供电电路上采用电子滤波器，增加滤波效果，电路布板时遵循输入输出耦合最小的原则，使输出最大限度地远离输入。

在结构上采用屏蔽措施，第一放大单元和第二放大单元分别置于两个独立的金属盒内，实现整机的电磁屏蔽。

第一级采用超低噪声的宽带低噪声放大器WHM02AE，其主要特性为：

噪声：0.7dB

输出IP3：27dBm

增益：13～22dB

输出1dB压缩点：14dBm

工作带宽：100KHz～3GHz。

采用高增益的高频三极管BFG425W，其主要特性为：

噪声：0.8dB

输出IP3：22dBm

增益：20～26dB

输出1dB压缩点：12dBm

截止工作频率：25GHz。

采用低插损的LC带通滤波器，放大器的输入端接何种滤波器对放大器性能有至关重要的作用，如果使用窄带滤波器（刚好满足工作带宽），插损较大，势必造成整个放大器的噪声系数过高，如果不使用滤波器，整机的噪声系数可以较低，但阻塞指标较差，容易受带外强信号干扰。本案采用低插损的LC带通滤波器，既可以使噪声系数所受影响小，又能大幅抑制工作带宽以外的干扰信号。这种低插损的LC带通滤波器的主要指标为：

插损：低于1.5dB

3dB带宽：5～10MHz

带内不平度：0.5dB。

采用晶体滤波器，本放大器用于窄带接收机中，虽然可能同时接收多个信道的信号，但多个接收信道都是窄带（带宽25KHz），各信道之间的间隔不超过100KHz。故放大器的工作带宽应该较窄，即使用窄带滤波器，以提高输出信号的信噪比。本案使用的晶体滤波器指标为：

中心频率：162MHz

3dB带宽：100KHz

插损：≤3dB

阻带衰减：≥60dB

输入输出阻抗：50Ω。

电源供电采用电子滤波器，由于本案的放大器增益很高，所以要特别注意去除各级之间的耦合，以避免自激。各级间的耦合极有可能通过电源实现，所以本案加强在供电上去耦。电子滤波器可以比普通的LC滤波器的滤波效果高出10dB以上。

采用数控衰减器，放大器的增益较高，所以环境温度变化引起的增益的绝对变化量较大，为补偿增益变化，使用数控衰减器，可以与温度检测电路配合使用，实现增益的温度补偿。

集成射频放大器型号为MGA-62563。

Claims (3)

1.一种用于射频直接采样接收机的高增益放大器，包括二个金属盒体，其特征在于：还包括高增益放大器电路，所述高增益放大器电路由第一放大单元和第二放大单元构成，所述第一放大单元包括LC带通滤波器I、宽带低噪声放大器、声表滤波器I、高频三极管I、声表滤波器II、高频三极管II、电子滤波器I、电子滤波器II、电子滤波器III，具体连接为：天线收到的工作频带内的信号依次通过LC带通滤波器I、宽带低噪声放大器、声表滤波器I、高频三极管I、声表滤波器II与高频三极管II连接，通过射频输出插座输出放大后的信号；电源通过电子滤波器I接宽带低噪声放大器，电源通过电子滤波器II接高频三极管I，电源通过电子滤波器III接高频三极管II；

所述第二放大单元包括LC带通滤波器II、高频三极管III、晶体滤波器、高频三极管IV、数控衰减器、集成射频放大器、LC低通滤波器、电子滤波器IV、电子滤波器V、电子滤波器VI，具体连接为：第一放大单元的输出放大后的信号依次通过LC带通滤波器II、高频三极管III、晶体滤波器、高频三极管IV、数控衰减器、集成射频放大器与LC低通滤波器连接，经过滤波后的信号加到输出端的射频插座；电源通过电子滤波器IV接高频三极管III，电源通过电子滤波器V接高频三极管IV、电源通过电子滤波器VI接集成射频放大器；

第一放大单元放置在一个金属盒内，第二放大单元放置在另一个金属盒内，第一放大单元和第二放大单元通过电缆连接。

2.一种用于射频直接采样接收机的高增益放大器的实现方法，其特征在于：步骤如下，将整个高增益放大器分为2个放大单元：第一放大单元和第二放大单元；

第一放大单元的工作过程：天线收到的工作频带内的信号首先由第一放大单元的射频输入插座接入，经过LC带通滤波器I，此LC带通滤波器I的插损2dB，加到宽带低噪声放大器产生20dB的增益，之后经过声表滤波器I进行滤波，约有3dB的插损，再经过高频三极管I放大产生22dB的增益，经过声表滤波器II进行滤波，有3dB的插损，再经过高频三极管II放大，有22dB的增益，放大后的信号加到第一放大单元的射频输出插座，

第一放大单元的增益计算如下：

第一放大单元的增益=-2dB+20dB-3dB+22dB-3dB+22dB=56dB；

第二放大单元的工作过程：第一放大单元的射频输出接到第二放大单元的射频输入，经过LC带通滤波器II，此LC带通滤波器II的插损2dB，加到高频三极管III这一级电路放大，有22dB的增益，之后经过晶体滤波器进行滤波，晶体滤波器有3dB的插损，再经过高频三极管IV这一级电路放大，有22dB的增益，之后通过数控衰减器，数控衰减器的衰减量步进为1dB，它的作用是调节整机总的增益，还可以用作整机增益的高低温补偿，经过数控衰减器的信号最后送到集成射频放大器，这级有23dB的增益，输出的信号经过后面的低通滤波器进行滤波，虑除谐波分量，低通滤波器有1dB的插损，经过滤波后的信号加到输出端的射频插座，

第二放大单元的增益计算如下：

第二放大单元的增益=-2dB+22dB-3dB+22dB+23dB-1dB=61dB，

这样，整机的增益就有第一放大单元的增益+第二放大单元的增益=117dB；

上述使用的有源放大器都是宽带器件，级间配有LC带通滤波器或者声表滤波器或者晶体滤波器，根据接收频率来确定这些滤波器的中心频率。

3.LC带通滤波器和声表滤波器的带宽较宽，通常达几MHz到十几MHz，目的是为了缩小高增益放大器的带宽，从而降低噪声功率提高输出信号的信噪比，晶体滤波器的带宽较窄，从几KHz到几百KHz，使用晶体滤波器是为了选出需要接收的信号；

本高增益放大器由于有很高的增益，其中各级放大器极易因耦合造成正反馈自激，故每级放大器的供电电路上都加了电子滤波器，使得每级都用“纯净”的电源供电。