宽带接收机抗背景干扰问题研究

张英浩，戚珑赢，胡子杨，孙 逊

（中国船舶重工集团公司第七二四研究所，南京211153）

0 引 言

随着技术的发展和人们需求的不断增大，各种功能的无线电设备越来越多，电磁频谱越来越拥挤，电磁环境日益复杂，从而对宽带接收机［1⁃2］的干扰也更加严重。尤其是在UHF和L波段，各种民用通信频段包含其中，电磁频谱异常丰富，如常见的通信基站2G、3G、4G信号［3］。各种背景信号进入宽带接收机，对正常接收信号形成干扰，造成接收机底噪大大提高，接收信号的信噪比严重恶化，影响接收机对有用信号的接收处理。宽带接收机抗背景干扰设计是目前宽带接收机的一个迫切需求。

本文针对某L波段宽带接收机受背景干扰问题，对背景干扰机理进行了分析，根据干扰机理对接收机进行了改进设计，提高了接收机抗背景噪声能力。

1 背景干扰机理分析

L波段宽带接收机由带通滤波器、低噪声放大器、混频器、中频滤波器、中频放大器和数字模块等组成，工作频段为0.7～2 GHz，其原理框图及主要性能指标分配如图1所示。图中，带通滤波器用于对带外信号的抑制以防止带外信号对接收机的干扰，低噪放放大器（LNA）用于接收宽带信号的低噪声放大，混频器用于将射频信号转换为中频信号，中频滤波器用于中频信号滤波，中频放大器用于中频信号的放大，数字模块用于中频信号的模数变化及数字信号处理［4］。经计算，接收机增益为48 dB，噪声系数为2.52 dB，射频前端（含低噪声放大器和混频器）输入P-1点约为-24.5 dBm。

图1 原宽带接收机原理框图

该宽带接收机一般工作正常。但是，随着目前移动通信的飞速发展，L波段电磁频谱越来越拥挤，该宽带接收机越来越受到电磁背景的干扰，特别是在移动通信基站附近、人口密集区域等会出现明显的性能下降情况。

在L波段附近民用通讯信号频谱丰富，采用喇叭天线和频谱仪采集到的空间电磁频谱情况如图2所示，频段覆盖了 0.8～2.5 GHz。

图2 采集到的空间电磁频谱

在有些场合，这些复杂的背景电磁频谱功率较大，进入宽带接收机后会使得前端射频器件产生饱和非线性失真现象，背景干扰信号相互交调，造成接收机底噪大大提高。同时，有用信号由于前端增益压缩而幅度变小，从而接收信号的信噪比严重恶化，影响接收机对有用信号的接收处理。

2 改进宽带接收机设计

根据前面分析，造成宽带接收机受干扰的主要原因是丰富的背景干扰信号造成接收机射频前端饱和，改进宽带接收机从提高接收机射频前端的饱和点和对背景干扰频谱进行抑制两个方面进行考虑，从而提高接收机的抗背景干扰能力。改进宽带接收机原理框图及主要性能指标分配如图3所示。

图3 改进宽带接收机原理框图

相对于原方案，改进宽带接收机低噪声放大器增益由35 dB降低为28 dB，输出P-1点由12 dBm提高至20 dBm，从而提高射频前端P-1点。同时，由于器件技术的发展，低噪声放大器噪声系数也由原2.0 dB降低为1.5 dB，保证了接收机的噪声系数指标。

混频器采用高IP3混频器，采用8个二极管组成的双平衡混频结构代替原4个二极管组成的双平衡混频器（见图4），提高了势垒高度，进而提升了混频器1 dB压缩点。改进后混频器输入P-1由原10 dBm提高至15 dBm，从而提高射频前端P-1点。

图4 混频器改进设计

通过低噪声放大器增益的降低，低噪声放大器和混频器P-1的提高。经计算，改进后的宽带接收机射频前端输入P-1点约为-9.5 dBm，与原接收机相比提高了15 dB，增强接收机抗背景干扰能力。

由于背景干扰频谱分布广泛，前端射频器件又均为宽带器件，因此大量干扰信号进入接收机后经过放大器放大极易导致混频器饱和。因此，在低噪声放大器和混频器之间增加了开关滤波器组，将接收频带分为4段，如表1所示。对干扰信号进行分段抑制，从而减小混频前干扰信号，提高接收机抗背景干扰能力。

表1 开关滤波器组频段划分

3 试验情况

选择某背景干扰较强的外场进行改进宽带接收机和原接收机抗背景干扰对比试验。试验方法如图5所示。采用喇叭天线接收外界背景干扰信号，信号源产生接收机正常工作接收信号。两种信号合成后送接收机，断开喇叭天线则接收机没有背景干扰，接上喇叭天线则接收机受到背景干扰。采用计算机采集接收机输出信号数据进行FFT变换，对输出信号、噪声和信噪比等指标进行有无干扰条件下的对比测试。

图5 外场测试连接框图

测试时，信号源输入功率为-50 dBm，保证接收机使用信号源激励时各器件未饱和。图6为在1.1 GHz频点两种接收机在加入背景干扰前后输出信号频谱情况。原接收机在加入背景干扰后，底噪明显抬升约20 dB，有用信号幅度降低约7 dB，信噪比恶化达27 dB。改进后接收机底噪和增益无明显变化，信噪比无恶化，相对于原接收机信噪比改善27 dB，即抗背景干扰能力提高了27 dB。其余频点测试情况见表2。由表数据可知，在相同的外场背景干扰条件下，改进宽带接收机输出信号信噪比恶化明显减小，相对于原接收机信噪比改善15 dB以上，部分频点改善20 dB以上，抗背景干扰能力大大增强。

表2 两种接收机背景干扰下信号恶化对比

图6 两种接收机加入背景干扰前后输出信号频谱对比

4 结束语

受民用通信影响，L波段附近电磁频谱丰富，宽带接收机易受背景干扰，造成射频前段饱和，输出信噪比恶化，影响接收机对有用信号的接收处理。本文采用降低低噪声放大器增益，提高低噪声放大器和混频器P-1方法，提高了射频前端的饱和点；同时，采用在低噪声放大器和混频器之间增加了开关滤波器组，对干扰信号进行分段抑制，从而提高了宽带接收机的抗背景干扰能力。对样机的实测结果表明，改进后接收机综合抗背景干扰能力提升15 dB以上，部分频点可达20 dB以上。这种宽带接收机抗背景干扰改进设计方法也可应用于其他频段接收机。