淺析：采用PLL技術的接收機射頻前端的設計方案

射頻前端模塊性能關系到整個接收機的性能。本文通過對接收機進行研究，分析了超外差接收機的特點，提出了一種采用PLL技術的接收機的射頻前端方案，及對射頻前端的關鍵技術指標進行了分析。并通過軟硬件平臺進行驗證，實測本地振蕩信號和接收機解調信號進行對比后表明系統指標達到要求。該射頻接收前端具有高靈敏度、低噪聲、穩定的中頻輸出、結構緊湊等特點，對其它移動通信終端（如GSM、CDMA）的研究有著非常重要的參考價值。

1、引言

現代無線通信始于19世紀末的無線電通信，在20世紀初到70年代，無線電通信技術得到發展和廣泛應用，它為人類提供了一種嶄新的通信手段。無線通信讓人們實現了地球距離甚至是星球距離的通信，無線通信不只延伸了人類的通信距離，而且以電子技術、微處理技術進步為基礎的無線通信技術的快速發展，也向人們昭示--以無限制自由通信為特征的個人通信時代是人類通信的未來［1］。

如何實現低成本、高性能的無線射頻接收機終端是一項具有挑戰意義的工作，無線射頻接收機終端的設計對其它移動通信終端（如GSM、CDMA）的研究有著非常重要的參考價值［2］。它要求現在無線通信射頻接收機在保證極高的靈敏度的前提下，盡可能的提高接收機的線性度，使信號失真最小，誤碼率最低，盡可能的展寬接收機的動態范圍，使接收機的適應性更大，抗干擾能力更強。

2、接收機總體功能描述

超外差結構自從1977 年由Armstrong 發明以來，已被廣泛采用。超外差接收機［3］系統如圖一所示：

圖1、超外差接收機結構

接受到的信號在第一次下變頻模塊之前使用一個外部鏡像干擾抑制濾波器，可以使鏡像干擾大大削弱，達到一個可以忽略鏡像頻率的水平，在下變頻以后使用中頻濾波器可以進行正常的信道選擇。第二次下變頻后通常是解調出正交的兩路信號，使得同相的和正交的兩路信號在數字處理部分變得容易，在本設計中通過解調器將信號還原成I/Q 兩路基帶信號，并采用運算放大器進行放大輸出。最后得到的信號可以送入ADC 中采樣，經后級的DSP 處理恢復出原始信號。

在超外差式接收機中，第一次混頻前的高頻放大器必須是低噪聲放大器，因為變頻器的噪聲系數一般都比較大，而RF 帶通濾波器和鏡頻抑制濾波器是無源濾波器，有一定的損耗，按多級線性系統級聯的噪聲公式：

（1）得知，如果沒有低噪聲放大器，則整個系統的噪聲系數將很大。因此在變頻器前引入具有一定增益的低噪聲放大器可以減弱變頻器和后面的中頻放大器的噪聲對整個系統的影響，從而對提高靈敏度有利。

超外差體系結構通過適當的選擇中頻濾波器和鏡像濾波器可以獲得極佳的選擇性和靈敏度，被認為是最可靠的接收機拓撲結構，但需要付出一些成本以獲得充分的性能。鏡像干擾抑制和信道選擇所需要的外部高Q 帶通濾波器增加了成本和尺寸。本設計采用超外差式結構的接收機，主要是因為中頻信號比載頻低很多，在中頻段實現對有用信道的選擇要比在載頻段實現信道的選擇容易很多，對濾波器Q 值的要求低很多。另外，采用超外差接收機方案，將接收機的總增益分散到射頻，中頻和基帶上，系統穩定性得以提高。

3、接收機關鍵部分的設計

3.1、接收機前端放大及混頻電路的實現

本部分我們需要進行以下設計：

（1）低噪聲放大器必須有很低的噪聲，合適的增益，高的三階互調截點及低的功耗［4］。

（2）混頻器應有高的三階互調截點及低的噪聲。對本振信號的泄露抑制要好。

（3）好的靈敏度和高的動態范圍。

LNA 采用AD 公司的ATF 系列低噪聲放大器。低噪聲放大器是射頻接收機前端的主要部分。首先，位于接收機的最前端，就要求它的噪聲越小越好。為了抑制后面各級噪聲對系統的影響，還要求有一定的增益，但為了不使后面的混頻器過載，產生非線性失真，所以它的增益又不宜過大。低噪聲放大器必定是一個小信號線性放大器。所選取的低噪放工作帶寬為450MHz 到6GHz，噪聲系數在0~4GHz 內小于1 個dB，在2GHz 內小于0.5dB。

實測電路中LNA 的增益為18dB，噪聲系數估算出小于1dB。

超外差接收機需要外接鏡頻抑制濾波器來濾除鏡像頻率干擾，因為鏡像頻率無法在中頻濾波器中被濾掉，如果鏡像干擾被混頻后進入到帶內，對有用信號的影響是非常大的，所以在本設計中為了消除鏡像干擾，在變頻器前加入了高Q 值的濾波器，同時還可以也可以濾除由于LNA 的非線性引入的各種互調失真干擾。

第一次下變頻，采用性能指標穩定的SYM-25DHW 混頻器，其插入損耗為9dB，三階交調為30dBm?；祛l后采用的是高性能的SAW 濾波器，其具有體積小、抗電磁干擾性能好、頻率選擇性、溫度穩定性能良好等突出優點。