短波發(fā)射機(jī)射頻前端放大電路設(shè)計(jì)

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摘要：目前設(shè)計(jì)的前端放大電路僅從低噪聲放大電路著手，導(dǎo)致安裝在短波發(fā)射機(jī)上的電路運(yùn)行效率降低，針對(duì)這一問(wèn)題提出短波發(fā)射機(jī)射頻前端放大電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。分析短波發(fā)射機(jī)射頻信號(hào)傳輸過(guò)程，從前端低噪聲放大電路和前端功率放大電路兩個(gè)方面設(shè)計(jì)射頻前端放大電路，同時(shí)計(jì)算前端低噪聲放大電路的增益、穩(wěn)定及抗噪聲性能指標(biāo)、前端功率放大電路功率增益、輸出及效率性能指標(biāo)。分別改變短波發(fā)射機(jī)的工作頻率與輸入功率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)電路可以提高短波發(fā)射機(jī)的運(yùn)行效率，增加信號(hào)強(qiáng)度，降低噪聲干擾。

關(guān)鍵詞：短波發(fā)射機(jī)；射頻前端；放大電路設(shè)計(jì)；拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

引言

短波波長(zhǎng)為100～10m，相應(yīng)的頻率范圍是3～30MHz?；诙滩ǖ拈L(zhǎng)度、頻率及帶寬等特點(diǎn)，可以將其廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、通信以及定位等領(lǐng)域[1,2]。基于短波的傳播方式研發(fā)出短波發(fā)射機(jī)，對(duì)無(wú)線信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，增強(qiáng)信號(hào)發(fā)射功率，提高通信速度[3]。隨著短波發(fā)射機(jī)使用范圍的擴(kuò)大，其在使用過(guò)程中會(huì)受到電磁干擾，導(dǎo)致發(fā)射信號(hào)在識(shí)別中與實(shí)際信號(hào)產(chǎn)生偏差，出現(xiàn)信息傳遞錯(cuò)誤等問(wèn)題[4-6]。基于此，文獻(xiàn)[7]通過(guò)分析前端電路工作電流和工作過(guò)程中的噪聲，依據(jù)分析結(jié)果使用0.18μmSiGe技術(shù)在前端電路中集成2.4GHz的前端電路，降低噪聲干擾。文獻(xiàn)[8]則研究了5G/B5G時(shí)代的通信信號(hào)，根據(jù)5G/B5G時(shí)代對(duì)短波發(fā)射機(jī)的需求，利用MIMO系統(tǒng)設(shè)計(jì)前端電路，以滿足5G/B5G時(shí)代通信需求。上述方法容易出現(xiàn)運(yùn)行效率降低的問(wèn)題，因此提出短波發(fā)射機(jī)射頻前端放大電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1短波發(fā)射機(jī)射頻前端放大電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在通信過(guò)程中，需要通過(guò)短波發(fā)射機(jī)發(fā)射無(wú)線電信號(hào)實(shí)現(xiàn)通信信號(hào)的傳遞。發(fā)射信號(hào)時(shí)，短波發(fā)射機(jī)需要將信號(hào)傳輸至發(fā)射機(jī)前端放大電路，通過(guò)低噪聲放大和功率放大裝置降低電磁干擾，增強(qiáng)信號(hào)功率，實(shí)現(xiàn)信號(hào)清晰傳播[9]?；诖?，設(shè)計(jì)射頻前端低噪聲放大電路和射頻前端功率放大電路，組合實(shí)現(xiàn)短波發(fā)射機(jī)射頻前端放大電路。

1.1射頻前端低噪聲放大電路設(shè)

射頻前端低噪聲放大電路屬于一級(jí)電路，主要用于增益短波發(fā)射機(jī)信號(hào)[10]。此次設(shè)計(jì)的射頻前端低噪聲放大電路重點(diǎn)提高電路的增益、穩(wěn)定性及抗噪聲性能。分析低噪聲放大電路功率增益指標(biāo)受哪些參量的影響，根據(jù)短波發(fā)射機(jī)需要的射頻性能，在前端放大電路中設(shè)計(jì)不同數(shù)量的低噪聲放大電路。比較不同低噪聲放大電路噪聲估量值的大小，在串聯(lián)低噪聲放大電路時(shí)將噪聲估量值小的電路放在噪聲估量值大的電路前面，以降低電路內(nèi)置噪聲。

1.2射頻前端功率放大電路設(shè)計(jì)

在前端電路中，設(shè)計(jì)功率放大電路來(lái)放大射頻輸入信號(hào)功率，短波發(fā)射機(jī)的功率越高越好?；诖?，設(shè)計(jì)射頻前端功率放大電路，計(jì)算功率增益、輸出以及效率等指標(biāo)，并讓這些指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)，從而提高短波發(fā)射機(jī)性能。此次計(jì)算的射頻前端功率放大電路指標(biāo)均用恒包絡(luò)的正弦信號(hào)表示。

1.3短波發(fā)射機(jī)射頻前端放大電路實(shí)現(xiàn)

組成的短波發(fā)射機(jī)射頻前端放大電路如圖1所示。從圖1可以看出，低噪聲放大電路和功率放大電路串聯(lián)在射頻前端。當(dāng)短波發(fā)射機(jī)處于發(fā)射模式，發(fā)射信號(hào)時(shí)需要關(guān)閉低噪聲放大電路，打開(kāi)功率放大電路，避免短波發(fā)射機(jī)產(chǎn)生內(nèi)置噪聲，干擾信號(hào)發(fā)射。當(dāng)短波發(fā)射機(jī)處于接收模式，接收信號(hào)時(shí)需要關(guān)閉功率放大電路，減少信號(hào)在接收過(guò)程中產(chǎn)生的信號(hào)損失。

2實(shí)驗(yàn)分析

以正在使用的短波發(fā)射機(jī)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，采用對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方式驗(yàn)證此次設(shè)計(jì)的前端放大電路。比較傳統(tǒng)電路與本次設(shè)計(jì)電路安裝在短波發(fā)射機(jī)中的運(yùn)行效率。

2.1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

此次實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，選擇的實(shí)驗(yàn)測(cè)試儀器如表1所示。根據(jù)表1所示的前端放大電路測(cè)試儀器，將兩組對(duì)比電路分別安裝在此次實(shí)驗(yàn)選擇的短波發(fā)射機(jī)中，測(cè)試短波發(fā)射機(jī)的變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。

2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

將短波發(fā)射機(jī)的輸入信號(hào)功率設(shè)置為-8dBm，調(diào)整短波發(fā)射機(jī)的工作頻率，記錄兩組電路所在短波發(fā)射機(jī)的輸出功率和電源電流值，計(jì)算短波發(fā)射機(jī)的工作效率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。由表2中可知，安裝設(shè)計(jì)電路的短波發(fā)射機(jī)中電源產(chǎn)生的電流值較高，輸出功率偏高且運(yùn)行效率明顯高于傳統(tǒng)電路，此次設(shè)計(jì)電路可以提高短波發(fā)射機(jī)運(yùn)行效率。

3結(jié)論

此次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的射頻前端放大電路充分考慮短波發(fā)射機(jī)使用過(guò)程中存在的問(wèn)題，重點(diǎn)設(shè)計(jì)前端放大電路中的低噪聲放大電路和功率放大電路，降低信號(hào)干擾，提升短波發(fā)射機(jī)的性能，具有一定的參考價(jià)值。

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作者：彭暇 單位：國(guó)家廣播電視總局二〇二二臺(tái)