短波中频数字化平台中射频电路的设计与实现

发布时间：2020-08-18 17:16

【摘要】：利用软件无线电的思想,开发一种只需要通过软件设置便能实现多频段和多功能的无线通信设备,对战场上各军兵种、各部门之间的互联互通通信具有十分重要的意义。软件无线电通信平台的设计理念是尽可能靠近天线射频端对模拟信号进行采样和A/D转换后,再由数字信号处理平台完成所有的通信功能处理。但在现阶段,受到宽带A/D转换芯片和抗混叠滤波器的制造工艺水平和运算能力的限制,短波数字化通信在射频端直接采样达不到所要求的灵敏度,因此,在实际应用中采用的方案是在模拟信道混频后对产生的中频信号进行A/D变换,然后给后续的数字信号处理链路进行处理,最终完成短波接收功能。本论文设计的射频模拟混频电路用于短波中频数字化通信平台中,实现短波通信中射频信号接收、激励信号产生、故障自检等功能。该射频电路是模拟信道中较为关键的组成部分,电台的许多技术指标都和它密切相关。本论文设计的射频电路主要在性能上提高射频接收电路灵敏度及扩展其动态范围。本论文主要研究了射频收发通道中的模拟混频及放大、滤波等电路的设计方案和原理。在电路设计方面,分别给出了接收电路、AGC控制电路、激励电路、自检电路和收发转换电路等主要功能电路的详细原理设计。论文设计的射频电路工作在短波波段(2MHz~30MHz),接收功能电路采用新型低噪声放大器和窄带晶体滤波器,使接收电路的噪声系数为12左右,使接收电路的灵敏度指标可达-113dBm。引入AGC控制电路可使接收电路的动态范围达到80dB。激励功能电路将中频数字化处理平台输入的中频信号,经滤波、放大、混频等处理以后,输出射频激励信号,提供给后端的短波功放进行功率放大,发激励输出信号功率为7dBm土2dB。带内互调指标可达-53dB。在电路设计前期进行理论可行性分析、选定电路方案、设计电路原理、元器件选型或根据电路设计需要定制相关器件,及合理的PCB设计及等工作的进行,是论文工作顺利展开的保证。通过对装配好的射频电路进行测试,结果表明本射频电路的各项指标均满足中频数字化平台的接口指标要求。最后对本电路进行故障模式影响分析,从而发现本电路在生产应用中容易发生的故障及其危害程度,提高其可生产性。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN702
【图文】：

印制板,射频电路,元器件,PCB板

第三章射频电路设计与实现3.5.1 射频电路 PCB 元器件布局本论文在研制过程中的 PCB 设计历经两次改版，两次改版的主要原因均是因为 AGC 控制电路原理设计存在缺陷，使 AGC 控制功能无法正常实现，所以对 AGC控制电路原理进行了改进，其次是 PCB 设计时某些元器件布局、布线或接地的处理不合理导致在低噪声放大器（N5）输入端产生了不该有的干扰，使接收信道产生了自激现象，严重影响了射频电路的接收性能，因此在改进 AGC 控制电路原理的同时，也对 PCB 的元器件布局、布线和接地重新进行了设计。设计好的第三版射频电路印制板正面元器件布局如图 3-12 所示。

印制板,射频电路,元器件,PCB板

电子科技大学硕士学位论文大器 N5（PCB 板正面左下角位置）与收末级晶体管放大器 V38（PCB 板背面左上角位置）基本上分布在 PCB 板对角线的两端，避免了大功率信号回授到小信号输入端，造成自激现象；也使收发信号通道的接地尽量靠近螺钉孔与单元盒的屏蔽地连接良好，能有效的避免各种干扰，提高射频电路的接收和发射性能。电源电路(含收发控制电路)中的元器件（N1、K2 等）分布在 PCB 板正面的右下角，与接收电路输入端（XS1、V1、V2 等）的小信号远离，避免接收的小信号受到电源干扰。AGC 控制电路（N7）和自检电路(N10、N11)则分布在 PCB 板的中间位置。为印制板安装方便，所有分立元器件及连接器均安装在 PCB 板的正面，大部分表贴元器件则安装在 PCB 板的背面。印制板背面元器件布局如图 3-13 所示。

布线图,射频电路,PCB板,布线

因此 PCB 板的接地方式应选用多点接地技术以使射频电流返回路径的接地阻抗最小。最简单的接地方法为分别在印制板的正面和背面用大面积填充的方式铺上整块的屏蔽地，使其通过螺钉孔与单元盒连接，这样可以起到良好的屏蔽效果，也方便各表贴元器件的接地管脚就近直接与地相接。为加强屏蔽效果，小信号处理电路（混频器 N4 前端电路）周围可添加接地的过孔使印制板正面和背面的地接触良好。而放大器电路则布整块的地，尽量减少过孔。为防止地上的干扰通过传导进入到低噪声放大器 N5 的输入端，需将其附近的接地螺钉孔与印制板上的屏蔽地用 Keep-out Layer 层的走线进行隔离，以避免自激现象的发生。为保证走线的布通率及为防止走线间的相互干扰而必须遵循的低密度走线原则，本射频电路的 PCB 板最终设计为六层印制板。印制板的 Top Layer 层和 BottomLayer 层主要是大面积铺地的屏蔽地层，和在不破坏地层完整性的条件下走的少量信号线。因部分金属封装的元器件其外壳金属与其接地管脚直接相连，所以在布线时需注意信号线在经过这些元器件时不能走在印制板的正面，以避免信号线与元器件外壳相接导致其接地。印制板正面布线情况如图 3-15 所示。

【相似文献】