一、引言
微波转发设备由接收和转发两部分组成，接收与发射共用本振。随着数字集成电路的迅速发展，本振电路多采用体积小、可靠性高的单片大规模集成数字频率合成器，因此在接收信道中存在高电平干扰信号和数字干扰信号，数字干扰脉冲具有很宽的频谱。当这些干扰信号通过系统非线性作用时，干扰频率有时恰好等于或接近有用信号的频率。由于接收机是灵敏装置，干扰对它的影响也比大多数基带电路表现得敏感，当这些干扰频率进入接收机通频带内时，它们被放大和鉴频、鉴相，其原理与处理有用信号相同，因此导致接收机性能恶化。为了降低和控制这种影响，接收信道应具有下面的特性：
（1）线性好、动态范围大，在信道滤波之前，降低带外干扰信号在信道带宽内产生的组合干扰、互调及交调分量，并保证接收信号在信道内具有足够的动态范围；
（2）降低本振的相位噪声和杂散，以免将本振噪声和杂散信号带到接收机信道带宽内；（3）加强系统内数字电路的滤波及合理的印制板布线、供电。
接收信道部分通常是由低噪声放大电路、滤波器、混频器、增益控制电路等组成，它的线性、组合干扰、噪声、放大器等性能直接影响后续电路的性能。
二、接收机前端的组成
图1给出了常用微波转发设备射频前端的组成，采用二次变频的方案，它由预选器、高放、镜频滤波器、混频器、滤波器、本振1、本振2、前中放大器等组成。
各部分电路的作用如下：
（1）预选器具有良好的单向性能和良好的反向隔离性，防止除接收频率以外的干扰信号进入和防止本振（或发射）信号通过接收天线泄漏；
（2）高放电路选择低噪声、高增益的集成放大器，目的是补偿预选器的损耗、提高系统的信噪比、加强混频器/本振电路与输入端口之间的隔离；
（3）前中滤波器主要是实现镜像抑制，在高放后必须有抑制，否则高放的噪声系数会由于放大后的镜像噪声混频进入信道而成倍增加。前中频率越高镜像抑制滤波器的通频带越宽;
（4）前中放大器和二中放大器的作用为补偿混频器的损耗，提供给主中放以足够电平，满足AGC中放或截止限副中放的最低电平需求;
（5）二中滤波器实际上是一个低通滤波器，主要是抑制放大、混频产生组合的干扰和杂波以及取出中频信号。在混频器选择低端输入，某些干扰信号可能在射频信号的低端产生，特别是在数字本振电路中，低端的中频干扰信号会泄漏到混频器的输入端，混频器对中频干扰相当于一级放大器，能顺利的通过后面的电路而形成干扰;
（6）一次变频采用的是低噪声、大动态、隔离度高的DMOS场效应管集成的无源双平衡混频器。二次变频采用的是无源双平衡混频器。
三、混频器及本振设计考虑
接收信道是高增益工作，为了保证信道的稳定及电路的易实现，需要进行频率变换，使接收机的放大、滤波、增益控制等在中频进行。混频器是非线性器件，它的动态范围、隔离度、变频损耗等对系统的动态范围、中频提取、本振隔离、灵敏度等有着非常大的影响。
接收信道的动态范围，主要决定于前端电路的非线***点，三阶交叉点对通频带内有多个干扰信号同时作用时特别重要。因此选择合适的混频器是很重要的。混频器分为有源混频器和无源混频器，有源混频器对本振的要求较低，且隔离度高，但其噪声性能、动态范围不如无源混频器，无源混频器比有源混频器有更好的互调失真性。现在采用高电平的双平衡混频器，由于信号功率平均分配到4只管子上，每只管子上的信号小，故非线性失真小，而且能抑制偶次谐波产生的寄生响应，还可以抑制本振噪声。
在混频器中本振应该是纯净频谱，它的宽带相位噪声、杂散都会影响接收机的灵敏度。数字频率合成器的本振电路中有数字分频、数字鉴相器等电路，当数字电路为高频跳变的电流作用时，都会产生一些新增频率成分即杂散，其频谱相当宽，在它们具有共同电源和地线或共用一块印制板时，这些频率成份会调相、调频振荡器，调相、调频信号和接近有用信号频率的杂散信号，通过混频器进入接收信道产生干扰，而且有时还会通过馈电线、空间辐射、印制板耦合等进入接收通道，所以为了尽可能保持频谱的纯净以防止接收信道的干扰信号产生，在实际数字集成电路的每一级电源都应有0.1 μF或0.01 μF的电容跨接到地。由于每一级都有去耦电容，随时都在冲放电，所以在印制板上电源的入口处应接一大电容。在电源上也可采用数模电路分开供电，振荡电路一定要有很好的接地及屏蔽或把数字电路部分屏蔽，必要时在本振输出端加一个带通滤波器，使本振输出杂波尽可能小。
四、信道中的干扰信号
在由数模混合电路组成的微波转发设备中，数字电路的宽频谱干扰或本振强信号干扰一定要加以控制或抑制，这些辐射可能压抑小信号，对这些干扰的抑制能力决定了接收机性能。
干扰信号影响接收机正常工作主要有2种形式，一种是与信号同频的窄带干扰信号，使接收信道堵塞；二是接收机频带内的各种杂散干扰或带外强信号，通过信道的非线性产生干扰，严重影响接收的性能。
几种常见的非线性失真中同时存在一个或几个频率不同于有用信号频率的干扰信号时，系统可能产生的组合干扰形式为：信号与本振的组合频率；外来干扰和本振组合形成的干扰；交叉调制干扰和互调干扰。
混频器可等效为一个非线性电阻网络，其电流ｉ可用加到其两端电压的幂级数表示：
将（2）式 代入（1）式，并进行指数运算得出频谱特性即为混频器杂散效应图，在计算干扰信号时可由混频器杂散效应图直接找出信道中是否有干扰频率存在。在双平衡器中除了L1±R2（或R2±L1）有相等的输出外，四阶3L1±R2也有较大的输出振幅，设计中要特别加以注意是否有此干扰信号落在接收信道，当干扰信号为强信号时，会使信道饱和，增益压缩，信杂比下降。
当信道中有2个以上干扰频率或一个调幅干扰和一个单边带调制信号时，它们干扰为互调干扰和交叉调制干扰，在分析中由于接收机的输入信号很小，略去三阶以上的分量，其输出信号和输入信号的关系可表示为
式中V0（t）是系统的输出信号；
Vi（t）是输入信号；
a1是线性增益；a2和a3是二阶和三阶非线性系数。
假定输入信号含有两个干扰信号和一个有用信号，即
式中V1、V2、Vs分别代表两个干扰信号和一个有用信号的幅度，ω1、ω2、ωs分别代表各自的角频率。将（4）式代入（3）式后可得
三阶交调产物实际上是有用信号被调幅干扰信号的调制信号调幅，它的谱线特点是对称地、等幅地分布在ωs的两边。当ω1-ω2或ω2-ω1这个频差不大于接收机同频带的一半时，将使有用信号形成调幅失真，一旦产生此干扰，它会伴随有用信号一直存在。
三阶互调产物的频率恰等于有用信号频率ωs＝2ω1－ω2或2ω2－ω1时，形成虚假信号，造成干扰（实际上只要2ω1-ω2-ωs落在通频带内即会造成干扰）。
干扰互调抑制度和干扰交调抑制度这两个参数，是对多个干扰信号同时作用时或接收多路信号时系统产生的非线性失真大小的衡量。
系统的非线性是固有存在的，信号通过信道会发生某种程度的畸变，不管产生的干扰信号落在通带以外或落在通带以内，当其能量小于最小可鉴相信号或解调信号时，就不会对系统产生影响，该系统仍为线形系统。在设计中尽量避开或抑制干扰，使系统成为线性系统。
五、接收信道的噪声设计考虑
噪声系数的大小决定了接收机灵敏度的性能，因此系统中放大器、混频器、本振、滤波器的噪声应尽可能地小。
对于无源、有损耗的器件，如滤波器或某些混频器，噪声系数由下式给出：
其中NF是器件的噪声系数，Lc是器件的变频损耗，FIF为前置放大器噪声因子，T为器件噪声温度比。
有资料给出器件的T值大约为1左右，因此
式中KPm为器件增益。
由（8）可知，要降低噪声系数的关键是第一级，不仅要求它的噪声系数小，而且还希望在电路稳定的情况下增益尽可能地大。因此在设计第一级放大器时，要选用低噪声器件，使放大器有高的功率增益，但系统中互调分量随输入信号的幅度而加大，故互调最大发生在后面级，因此噪声系数的选择必须兼顾两者，使系统的噪声系数满足要求即可。
六、放大器的设计考虑
在接收机中射频放大器放大微弱信号，在设计中应从增益、稳定性、选择性、噪声系数等方面来考虑：
（1）射频放大器要有足够的功率增益、动态范围，才不致因信号饱和而使系统产生非线性失真；
（2）在考虑信道增益的同时要考虑放大器的稳定性，合理地分配电路增益，为防止电路自激采取必要的工艺措施；
（3）系统存在杂散干扰信号和噪声，因此放大器必须要有选择性，混频后接滤波器，以减小干扰和噪声；
（4）射频放大器是由多级组成的，由前面分析可知，降低噪声系数的关键是第一级放大器，第一级必须采用低噪声器件；
（5）增益控制电路一般连接在接收信道未端，这样插入损耗小、系统稳定、容易实现。
七、结束语
微波器件的发展以及微波电路的微组装技术的提高，为设计、生产高稳定微波转发设备的接收机打下了良好的基础。通过综合设计，将会进一步提高设备的性能。希望本文的介绍能对从事工程设备前端设计的人员提供一些有益的参考。
一、引言
微波转发设备由接收和转发两部分组成，接收与发射共用本振。随着数字集成电路的迅速发展，本振电路多采用体积小、可靠性高的单片大规模集成数字频率合成器，因此在接收信道中存在高电平干扰信号和数字干扰信号，数字干扰脉冲具有很宽的频谱。当这些干扰信号通过系统非线性作用时，干扰频率有时恰好等于或接近有用信号的频率。由于接收机是灵敏装置，干扰对它的影响也比大多数基带电路表现得敏感，当这些干扰频率进入接收机通频带内时，它们被放大和鉴频、鉴相，其原理与处理有用信号相同，因此导致接收机性能恶化。为了降低和控制这种影响，接收信道应具有下面的特性：
（1）线性好、动态范围大，在信道滤波之前，降低带外干扰信号在信道带宽内产生的组合干扰、互调及交调分量，并保证接收信号在信道内具有足够的动态范围；
（2）降低本振的相位噪声和杂散，以免将本振噪声和杂散信号带到接收机信道带宽内；（3）加强系统内数字电路的滤波及合理的印制板布线、供电。
接收信道部分通常是由低噪声放大电路、滤波器、混频器、增益控制电路等组成，它的线性、组合干扰、噪声、放大器等性能直接影响后续电路的性能。
二、接收机前端的组成
图1给出了常用微波转发设备射频前端的组成，采用二次变频的方案，它由预选器、高放、镜频滤波器、混频器、滤波器、本振1、本振2、前中放大器等组成。
各部分电路的作用如下：
（1）预选器具有良好的单向性能和良好的反向隔离性，防止除接收频率以外的干扰信号进入和防止本振（或发射）信号通过接收天线泄漏；
（2）高放电路选择低噪声、高增益的集成放大器，目的是补偿预选器的损耗、提高系统的信噪比、加强混频器/本振电路与输入端口之间的隔离；
（3）前中滤波器主要是实现镜像抑制，在高放后必须有抑制，否则高放的噪声系数会由于放大后的镜像噪声混频进入信道而成倍增加。前中频率越高镜像抑制滤波器的通频带越宽;
（4）前中放大器和二中放大器的作用为补偿混频器的损耗，提供给主中放以足够电平，满足AGC中放或截止限副中放的最低电平需求;
（5）二中滤波器实际上是一个低通滤波器，主要是抑制放大、混频产生组合的干扰和杂波以及取出中频信号。在混频器选择低端输入，某些干扰信号可能在射频信号的低端产生，特别是在数字本振电路中，低端的中频干扰信号会泄漏到混频器的输入端，混频器对中频干扰相当于一级放大器，能顺利的通过后面的电路而形成干扰;
（6）一次变频采用的是低噪声、大动态、隔离度高的DMOS场效应管集成的无源双平衡混频器。二次变频采用的是无源双平衡混频器。
三、混频器及本振设计考虑
接收信道是高增益工作，为了保证信道的稳定及电路的易实现，需要进行频率变换，使接收机的放大、滤波、增益控制等在中频进行。混频器是非线性器件，它的动态范围、隔离度、变频损耗等对系统的动态范围、中频提取、本振隔离、灵敏度等有着非常大的影响。
接收信道的动态范围，主要决定于前端电路的非线***点，三阶交叉点对通频带内有多个干扰信号同时作用时特别重要。因此选择合适的混频器是很重要的。混频器分为有源混频器和无源混频器，有源混频器对本振的要求较低，且隔离度高，但其噪声性能、动态范围不如无源混频器，无源混频器比有源混频器有更好的互调失真性。现在采用高电平的双平衡混频器，由于信号功率平均分配到4只管子上，每只管子上的信号小，故非线性失真小，而且能抑制偶次谐波产生的寄生响应，还可以抑制本振噪声。
在混频器中本振应该是纯净频谱，它的宽带相位噪声、杂散都会影响接收机的灵敏度。数字频率合成器的本振电路中有数字分频、数字鉴相器等电路，当数字电路为高频跳变的电流作用时，都会产生一些新增频率成分即杂散，其频谱相当宽，在它们具有共同电源和地线或共用一块印制板时，这些频率成份会调相、调频振荡器，调相、调频信号和接近有用信号频率的杂散信号，通过混频器进入接收信道产生干扰，而且有时还会通过馈电线、空间辐射、印制板耦合等进入接收通道，所以为了尽可能保持频谱的纯净以防止接收信道的干扰信号产生，在实际数字集成电路的每一级电源都应有0.1 μF或0.01 μF的电容跨接到地。由于每一级都有去耦电容，随时都在冲放电，所以在印制板上电源的入口处应接一大电容。在电源上也可采用数模电路分开供电，振荡电路一定要有很好的接地及屏蔽或把数字电路部分屏蔽，必要时在本振输出端加一个带通滤波器，使本振输出杂波尽可能小。
四、信道中的干扰信号
在由数模混合电路组成的微波转发设备中，数字电路的宽频谱干扰或本振强信号干扰一定要加以控制或抑制，这些辐射可能压抑小信号，对这些干扰的抑制能力决定了接收机性能。
干扰信号影响接收机正常工作主要有2种形式，一种是与信号同频的窄带干扰信号，使接收信道堵塞；二是接收机频带内的各种杂散干扰或带外强信号，通过信道的非线性产生干扰，严重影响接收的性能。
几种常见的非线性失真中同时存在一个或几个频率不同于有用信号频率的干扰信号时，系统可能产生的组合干扰形式为：信号与本振的组合频率；外来干扰和本振组合形成的干扰；交叉调制干扰和互调干扰。
混频器可等效为一个非线性电阻网络，其电流ｉ可用加到其两端电压的幂级数表示：
将（2）式 代入（1）式，并进行指数运算得出频谱特性即为混频器杂散效应图，在计算干扰信号时可由混频器杂散效应图直接找出信道中是否有干扰频率存在。在双平衡器中除了L1±R2（或R2±L1）有相等的输出外，四阶3L1±R2也有较大的输出振幅，设计中要特别加以注意是否有此干扰信号落在接收信道，当干扰信号为强信号时，会使信道饱和，增益压缩，信杂比下降。
当信道中有2个以上干扰频率或一个调幅干扰和一个单边带调制信号时，它们干扰为互调干扰和交叉调制干扰，在分析中由于接收机的输入信号很小，略去三阶以上的分量，其输出信号和输入信号的关系可表示为
式中V0（t）是系统的输出信号；
Vi（t）是输入信号；
a1是线性增益；a2和a3是二阶和三阶非线性系数。
假定输入信号含有两个干扰信号和一个有用信号，即
式中V1、V2、Vs分别代表两个干扰信号和一个有用信号的幅度，ω1、ω2、ωs分别代表各自的角频率。将（4）式代入（3）式后可得
三阶交调产物实际上是有用信号被调幅干扰信号的调制信号调幅，它的谱线特点是对称地、等幅地分布在ωs的两边。当ω1-ω2或ω2-ω1这个频差不大于接收机同频带的一半时，将使有用信号形成调幅失真，一旦产生此干扰，它会伴随有用信号一直存在。
三阶互调产物的频率恰等于有用信号频率ωs＝2ω1－ω2或2ω2－ω1时，形成虚假信号，造成干扰（实际上只要2ω1-ω2-ωs落在通频带内即会造成干扰）。
干扰互调抑制度和干扰交调抑制度这两个参数，是对多个干扰信号同时作用时或接收多路信号时系统产生的非线性失真大小的衡量。
系统的非线性是固有存在的，信号通过信道会发生某种程度的畸变，不管产生的干扰信号落在通带以外或落在通带以内，当其能量小于最小可鉴相信号或解调信号时，就不会对系统产生影响，该系统仍为线形系统。在设计中尽量避开或抑制干扰，使系统成为线性系统。
五、接收信道的噪声设计考虑
噪声系数的大小决定了接收机灵敏度的性能，因此系统中放大器、混频器、本振、滤波器的噪声应尽可能地小。
对于无源、有损耗的器件，如滤波器或某些混频器，噪声系数由下式给出：
其中NF是器件的噪声系数，Lc是器件的变频损耗，FIF为前置放大器噪声因子，T为器件噪声温度比。
有资料给出器件的T值大约为1左右，因此
式中KPm为器件增益。
由（8）可知，要降低噪声系数的关键是第一级，不仅要求它的噪声系数小，而且还希望在电路稳定的情况下增益尽可能地大。因此在设计第一级放大器时，要选用低噪声器件，使放大器有高的功率增益，但系统中互调分量随输入信号的幅度而加大，故互调最大发生在后面级，因此噪声系数的选择必须兼顾两者，使系统的噪声系数满足要求即可。
六、放大器的设计考虑
在接收机中射频放大器放大微弱信号，在设计中应从增益、稳定性、选择性、噪声系数等方面来考虑：
（1）射频放大器要有足够的功率增益、动态范围，才不致因信号饱和而使系统产生非线性失真；
（2）在考虑信道增益的同时要考虑放大器的稳定性，合理地分配电路增益，为防止电路自激采取必要的工艺措施；
（3）系统存在杂散干扰信号和噪声，因此放大器必须要有选择性，混频后接滤波器，以减小干扰和噪声；
（4）射频放大器是由多级组成的，由前面分析可知，降低噪声系数的关键是第一级放大器，第一级必须采用低噪声器件；
（5）增益控制电路一般连接在接收信道未端，这样插入损耗小、系统稳定、容易实现。
七、结束语
微波器件的发展以及微波电路的微组装技术的提高，为设计、生产高稳定微波转发设备的接收机打下了良好的基础。通过综合设计，将会进一步提高设备的性能。希望本文的介绍能对从事工程设备前端设计的人员提供一些有益的参考。
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