宽带射频接收前端电路与系统设计

【摘要】：高性能宽带接收机广泛应用于军事通信和民用通信中,现代接收机系统除了具有高线性、高灵敏度、大动态范围等特点外,对射频前端电路系统的宽带化设计要求越来越高。本文紧密结合科研课题,对宽带射频接收前端电路与系统进行了深入研究,重点对射频接收前端关键部件进行了宽带化研究设计,并完成了小型化宽带射频接收前端系统的研制任务。论文的主要研究成果可概括为以下几方面: 1.对适用于超宽带无线通信的新型印刷天线进行宽带化研究设计。首先,提出了一种火焰型印刷单极子天线结构,采用自相似缝隙加载的办法展宽天线的工作带宽;其次,对具有较小尺寸的Open-L形缝隙天线进行了改进设计,针对其高频工作频段匹配状态差的缺陷,分别采用T形枝节加载和辐射片旋转结构展宽了天线的工作带宽,改进后的天线具有超宽带工作的能力;在此基础之上,提出一种新型双开口Open-L形缝隙结构,采用非对称馈电设计方法实现了天线工作带宽展宽设计。测试结果表明这些新型天线均具有很好的超宽带特性。 2.结合当前DGS设计研究热点,对具有宽阻带特性的微带滤波器进行了设计研究。提出采用一对缝隙耦合的办法提高传统哑铃型DGS单元的阻带特性,并完成具有超宽阻带的低通滤波器的设计,新型低通滤波器在3.9~18GHz范围内具有20dB超宽阻带抑制特性;基于RSR环形缝隙谐振结构来设计超宽带带通滤波器,提出采用缝隙加载的办法来提高滤波器的选择性和带外抑制特性,新型超宽带滤波器同样具有17.6dB宽阻带抑制特性,阻带范围可到20GHz。新型宽阻带DGS微带滤波器具有小型化特点。 3.采用PLL频率合成技术,对适用于宽带接收前端系统的宽带微波频率源进行了设计。基于三阶有源环路的设计方法提高锁相环路的电压控制范围,采用正负双电源运放供电方案有效地改善运放工作零点漂移问题。实测试结果表明宽带频率合成信号具有小型化、宽频带、低相位噪声等特点。 4.对宽带接收系统的AGC控制电路进行了研究设计。提出采用多PIN二极管级联和单电源控制模式对传统π型PIN电调衰减器进行宽带化改进设计,改进后的PIN电调衰减器具有DC~8GHz的宽频带衰减控制特性,衰减范围可达45dB,压控线性度和衰减平坦度好;基于π型PIN电调衰减器设计基础,提出并设计了具有大动态控制与高带外抑制的宽带AGC控制电路。5.对小型化宽带雷达接收前端电路系统进行了分析设计。针对0.5~1GHz的宽带雷达接收频段与高中频频带重叠的难题,提出采用二次变频方案解决了频谱分离的问题,降低了系统设计的难度;采用基于芯片级的信道化宽带射频接收前端系统设计方案,很好地解决2~8GHz宽频带接收的频谱划分和小型化系统集成设计难题,提高了系统设计的灵活性。测试结果表明:小型化宽带射频接收前端电路系统具有体积小、频带宽、动态范围大等特点,完全满足系统设计要求。