CN109067413A - 一种高动态范围的超短波信道接收机 - Google Patents

Abstract

本发明属于超短波信道接收机技术领域，公开了一种高动态范围的超短波信道接收机。采用超外差二次变频的体系结构，主要由射频处理模块、第一混频器、第一中频处理模块、第二混频器、第二中频处理模块、AGC控制放大模块、数字信号处理模块组成，能够保证信号失真更小、误码率更低，使接收机的适应度更大、抗干扰能力更强，从而满足整个信道接收机120dB的高动态范围。

Description

一种高动态范围的超短波信道接收机

技术领域

本发明属于超短波信道接收机技术领域，尤其涉及一种高动态范围的超短波信道接收机。

背景技术

面对当今电磁环境越来越复杂，通信设备之间的干扰更加严重的局面，加上可用的无线频谱范围有限，这就要求接收机须具有更加优越的性能，以满足在复杂，苛刻环境下良好通信的要求。而目前超短波接收机信道所采用为超外差方式、固定增益、模拟解调的方案，其缺点为通道增益非线性、动态范围小，信号失真大，不能满足现代化抗干扰通信的要求。因此，研制出高动态范围接收机是对射频工程师的一种挑战，也是满足现代化抗干扰通信的基本要求。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种高动态范围的超短波信道接收机，能够保证信号失真更小、误码率更低，使接收机的适应度更大、抗干扰能力更强，从而满足整个信道接收机120dB的高动态范围。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

一种高动态范围的超短波信道接收机，所述超短波信道接收机包括：天线、射频处理模块、第一混频器、第一中频处理模块、第二混频器、第二中频处理模块、AGC(Automaticgain control，自动增益控制)控制放大模块以及数字信号处理模块；

其中，所述天线的信号输出端与所述射频处理模块的信号输入端连接，所述射频处理模块的信号输出端与所述第一混频器的射频信号输入端连接，所述第一混频器的信号输出端与所述第一中频处理模块的信号输入端连接，所述第一中频处理模块的信号输出端与所述第二混频器的射频信号输入端连接，所述第二混频器的信号输出端与所述第二中频处理模块的信号输入端连接，所述第二中频处理模块的信号输出端与所述AGC控制放大模块的信号输入端连接，所述AGC控制放大模块的信号输出端与所述数字信号处理模块的信号输入端连接。

本发明技术方案的特点和进一步的改进为：

(1)所述射频处理模块包括依次电连接的射频信号滤波器1、低噪声放大器和射频信号滤波器2；

所述射频信号滤波器1的输入端连接所述天线输出端，所述射频信号滤波器2的输出端连接第一混频器的射频信号输入端。

(2)所述射频信号滤波器1和所述射频信号滤波器2分别为自动频率调谐滤波器。

(3)所述第一混频器的本振输入端用于接入第一高本振信号；

第一混频器用于对输入的射频信号和第一高本振信号进行混频处理，生成第一中频信号。

(4)所述第一中频处理模块包括依次电连接的第一中频信号滤波器1、第一中频信号低噪声放大器、第一中频信号衰减器、第一中频信号滤波器2；

所述第一中频信号滤波器1的输入端连接第一混频器的信号输出端，第一中频信号滤波器2的输出端连接第二混频器的射频输入端。

(5)所述第一中频信号滤波器1和所述第一中频信号滤波器2分别为声表滤波器。

(6)所述第二混频器的本振输入端用于接入第二低本振信号；

第二混频器用于对输入的射频信号和第二低本振信号进行混频处理，生成第二中频信号。

(7)所述第二中频处理模块包括依次电连接的第二中频信号滤波器1、第二中频信号放大器、第二中频信号滤波器2；

所述第二中频信号滤波器1的信号输入端连接第二混频器的信号输出端，所述第二中频信号滤波器2的信号输出端连接AGC放大控制模块的信号输入端。

(8)，所述AGC控制放大模块包括依次连接的VGA(variable gain amplifier，可变增益放大器)放大器和第二中频信号滤波器3，所述VGA放大器的信号输入端连接第二中频信号滤波器2的信号输出端，所述第二中频信号滤波器3的信号输出端连接数字信号处理模块的信号输入端。

(9)所述第二中频信号滤波器1、所述第二中频信号滤波器2和所述第二中频信号滤波器3分别为晶体滤波器。

本发明的有益效果为：该高动态范围、高线性度、高灵敏度本发明技术方案提供的短波信道接收机，具有高动态范围、高线性度、高灵敏度；可以保证信号失真较小、误码率较低，使接收机的适应度更大、抗干扰能力更强；增强接收灵敏度，提高通信通信距离，保障通信效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种高动态范围的超短波信道接收机的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的射频处理模块的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的第一中频处理模块的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的第二中频处理模块的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的AGC控制放大模块的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1，为本发明的一种高动态范围的超短波信道接收机的结构示意图，包括：天线、射频处理模块、第一混频器、第一中频处理模块、第二混频器、第二中频处理模块、AGC控制放大模块以及数字信号处理模块。

所述射频处理模块的输入端连接天线输出端，所述射频处理模块的输出端连接第一混频器的输入端；所述第一混频器的输出端连接第一中频处理模块的输入端；所述第一中频处理模块的输出端连接第二混频器的输入端；所述第二混频器的输出端连接第二中频处理模块的输入端；所述第二中频处理模块的输出端连接AGC控制放大模块的输入端；所述AGC控制放大模块的输出端连接数字信号处理的输入端。

参照图2，为本发明的一种高动态范围的超短波信道接收机的射频处理模块结构示意图。其中，射频处理模块包括依次电连接的射频信号滤波器1、低噪声放大器和射频信号滤波器2，射频信号滤波器1的输入端电连接于天线端，低噪声放大器用于对来自天线端的射频信号进行放大，放大的增益为22dB。射频信号滤波器2用于对来自射频信号放大器的射频信号进行滤波处理，对应的两级增益为-3dB。

射频信号滤波器2的输出端电连接第一混频器的射频输入端，第一混频器的本振输入端用于接入第一高本振信号，第一混频器用于对输入的两路信号(射频信号和第一高本振信号)进行混频处理(对应的变频增益为-6dB)，生成第一中频信号。

参照图3，为本发明的一种高动态范围的超短波信道接收机的第一中频处理模块结构示意图。其中，第一中频处理模块包括依次电连接的第一中频信号滤波器1、第一中频信号低噪声放大器、第一中频信号衰减器、第一中频信号滤波器2，第一中频处理模块的输入端电连接第一混频器的中频输出端。第一混频器生成的中频信号经第一中频信号滤波器1进行滤波处理(对应的增益为-3.5dB)，然后经第一中频信号低噪声放大器进行放大处理(对应的增益为28dB)，再经第一中频信号滤波器2进行滤波处理(对应的增益为-3.5dB)。

第一中频处理模块电连接第二混频器的射频输入端，第二混频器的本振输入端用于接入第二低本振信号，第二混频器用于对输入的两路信号(第一中频信号和第二低本振信号)进行混频处理(对应的变频增益为-6dB)，生成第二中频信号。

参照图4，为本发明的一种高动态范围的超短波信道接收机的第二中频处理模块结构示意图。第二中频处理模块包括依次电连接的第二中频信号滤波器1、第二中频信号放大器、第二中频信号滤波器2，第二中频处理模块的输入端电连接第二混频器的中频输出端。第二混频器生成的二中频信号经第二中频信号滤波器1进行滤波处理(对应的增益为-1.5dB)，然后经第二中频信号放大器进行放大处理(对应的增益为28dB)，再经第二中频信号滤波器2进行滤波处理(对应的增益为-3dB)。

参照图5，为本发明的一种高动态范围的超短波信道接收机的AGC控制放大模块结构示意图。AGC控制放大模块包括依次电连接的VGA放大器、第二中频滤波器3，AGC控制放大模块的输入端点连接到第二中频处理模块输出端。VGA放大器将第二中频信号进行放大处理(对应的增益为-2.5dB～42.5dB)，再经第二中频信号滤波器3进行滤波处理(对应的增益为-2.5dB)，然后将放大、滤波后的中频模拟信号送至后端数字信号处理器。

本发明实施例中，为了保证接收机信道的灵敏度，在器件选型上做了如下设计：

理论上，接收机在放大处理信号时，只放大天线所输入的信号及噪声，但实际上，接收机还存在着自身的噪声，噪声系数是用于衡量接收机内部噪声水平的一个物理量，指接收机输入端与输出端信噪比之比，噪声系数的值越大，则说明传输过程中参入的噪声越大。灵敏度是信噪比能接受情况下，接收机可接收到的最新信号，其与所要求的信号质量及接收机本身的噪声系数有关，接收机的灵敏度越高，则可接收的信号越弱，通信的距离也就越远。

一般接收机是由多个单元部件级联组成的，其总噪声系数可根据各单元的噪声系数计算得出。

其中F表示某个单元的噪声系数，G为增益，据此得出接收机各单元部件级联后的总噪声系数为：

由上述公式可以看出，在接收机总噪声系数中，级数越靠前的部件噪声系数越大对系统的影响越大。为降低级联系统的噪声系数，必须降低第一、二级的噪声系数并适当提高它们的功率增益，以降低后面各级的噪声对系统的影响。

本发明实施例中，选用的放大器(包括射频信号低噪声放大器、第一中频信号低噪声放大器)具有高增益、低噪声、大动态范围。其中，低噪声放大器的噪声系数为0.7。射频信号放大器的三阶交调截取点(三阶截点)不小于30dBm。

本发明实施例中，为了保证接收机信道的线性度，在器件选型上和信道方案上做了如下设计：

实际上，在由各种有源器件构成的线性放大器中，由于有源器件的特性是非线性的，在放大过程中总会产生各种各样的失真。因此，必须限制信号的大小，使失真限制在允许的范围内，才能实现线性放大。所以在第一中频处理模块中增加了衰减模块，当信号太大时，信号通路不经过放大器，直接走衰减模块，这样既能保证信号的放大要求，也保证了信号的线性度；在最后一级增加了AGC控制放大模块，也是对大信号输入时的一个控制。

通常在设计高线性的接收机时，要选用P-1dB压缩点高的射频、中频放大器和双平衡混频器。相对小信号放大器而言，P-1dB高的放大器通常都具有较大的噪声系数和功耗，大信号混频器则需要更大的本振信号来驱动，这样又会带来本振泄漏增加的问题，导致内部杂散响应增大，同样功耗也要增加。因此，超高线性度，即具有非常高的三阶截断点接收机的设计必然会造成其他方面设计的难度大大增加，且成本昂贵。

第一中频信号放大器、第二中频信号放大器、AGC控制放大器的三阶交调截取点(三阶截点)均不小于18dBm，能满足最大输出需要，第一混频器选用三阶交调截取点较大的混频器(例如三阶交调截取点在26dBm以上的混频器)。除此之外与现有的信道处理方式相比在第一中频处理模块中增加了衰减模块，当信号太大时，信号通路不经过放大器，直接走衰减模块，这样既能保证信号的放大要求，也保证了信号的线性度；在最后一级增加了AGC控制放大模块，也是对大信号输入时的一个控制。

本发明实施例中，射频处理模块中采用自动频率调谐滤波器组成，保证信道前端对射频带外信号的抑制；第一中频处理模块中采用声表滤波器组成，保证对一中频信号的滤波处理；第二中频处理模块中有低通滤波器和晶体滤波器组成，保证对二中频信号的滤波处理；在AGC控制放大模块输出口也增加了一级晶体滤波器，对二中频信号进行滤波处理，保证数字信号处理单元的输入信号的选择性。

总而言之，一种高动态范围的超短波信道接收机用于将来自天线的射频信号进行放大、滤波和两次变频处理，变成中频信号，再将该中频信号放大、滤波，保证接收机的选择性，然后将此信号送给后端的数字信号处理器进行解调处理。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高动态范围的超短波信道接收机，其特征在于，所述超短波信道接收机包括：天线、射频处理模块、第一混频器、第一中频处理模块、第二混频器、第二中频处理模块、AGC控制放大模块以及数字信号处理模块；

其中，所述天线的信号输出端与所述射频处理模块的信号输入端连接，所述射频处理模块的信号输出端与所述第一混频器的射频信号输入端连接，所述第一混频器的信号输出端与所述第一中频处理模块的信号输入端连接，所述第一中频处理模块的信号输出端与所述第二混频器的射频信号输入端连接，所述第二混频器的信号输出端与所述第二中频处理模块的信号输入端连接，所述第二中频处理模块的信号输出端与所述AGC控制放大模块的信号输入端连接，所述AGC控制放大模块的信号输出端与所述数字信号处理模块的信号输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种高动态范围的超短波信道接收机，其特征在于，所述射频处理模块包括依次电连接的射频信号滤波器1、低噪声放大器和射频信号滤波器2；

所述射频信号滤波器1的输入端连接所述天线输出端，所述射频信号滤波器2的输出端连接第一混频器的射频信号输入端。

3.根据权利要求2所述的一种高动态范围的超短波信道接收机，其特征在于，所述射频信号滤波器1和所述射频信号滤波器2分别为自动频率调谐滤波器。

4.根据权利要求1所述的一种高动态范围的超短波信道接收机，其特征在于，所述第一混频器的本振输入端用于接入第一高本振信号；

第一混频器用于对输入的射频信号和第一高本振信号进行混频处理，生成第一中频信号。

5.根据权利要求1所述的一种高动态范围的超短波信道接收机，其特征在于，所述第一中频处理模块包括依次电连接的第一中频信号滤波器1、第一中频信号低噪声放大器、第一中频信号衰减器、第一中频信号滤波器2；

所述第一中频信号滤波器1的输入端连接第一混频器的信号输出端，第一中频信号滤波器2的输出端连接第二混频器的射频输入端。

6.根据权利要求5所述的一种高动态范围的超短波信道接收机，其特征在于，所述第一中频信号滤波器1和所述第一中频信号滤波器2分别为声表滤波器。

7.根据权利要求1所述的一种高动态范围的超短波信道接收机，其特征在于，所述第二混频器的本振输入端用于接入第二低本振信号；

第二混频器用于对输入的射频信号和第二低本振信号进行混频处理，生成第二中频信号。

8.根据权利要求1所述的一种高动态范围的超短波信道接收机，其特征在于，所述第二中频处理模块包括依次电连接的第二中频信号滤波器1、第二中频信号放大器、第二中频信号滤波器2；

所述第二中频信号滤波器1的信号输入端连接第二混频器的信号输出端，所述第二中频信号滤波器2的信号输出端连接AGC放大控制模块的信号输入端。

9.根据权利要求1所述的一种高动态范围的超短波信道接收机，其特征在于，所述AGC控制放大模块包括依次连接的VGA放大器和第二中频信号滤波器3，所述VGA放大器的信号输入端连接第二中频信号滤波器2的信号输出端，所述第二中频信号滤波器3的信号输出端连接数字信号处理模块的信号输入端。

10.根据权利要求8和9所述的一种高动态范围的超短波信道接收机，其特征在于，所述第二中频信号滤波器1、所述第二中频信号滤波器2和所述第二中频信号滤波器3分别为晶体滤波器。