组合频率干扰分析

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1、组合频率干扰分析 陈雪 陈国宇 1 、吉林 大学计算机科 学与技术 学院 2、北京工程控制研 究所 簿 000 - 现代通 用接 收 机在设 开和 实现 上越 表越趋 向 高性 能 、高集 成度 的 方 向发展 。在性 能 上 ， 主要 是 向高线 性 、戈动 态范 围、 高灵敏 度 、 高分辨率 等方 面发展 。针对 这样 的要 求 ，接 收机通 常采 用超 外差结 构设 计。 该结构 中至 少存 在 一 个频 率 转换 环 节 ， 即 混频 器。 这 样 ，频率 转换过 程 中就 出现许 多干扰 本文 针对混 频器的 纽合频率 干扰 提 出 了一种 有 效的 分析 方法 ，并 利闻 M F

2、 e 一 实 现 了这一 算 法 。 通 过 实 笺，证 鳃 该 方 法对 本振 频率 选 择、 。 预选及中 频滤波器设计有一定的帮动。 T h e d e s ig n a n d r e a l iz e o f t he mo d e r n t i m e s e u r r e n c y r e c e J v e r t e n d s t o h i g h p e r f o r ma H c e a n d I in t e g r a t e d c i r c u i t mo r e a n d mo r e An d in n a t u r a l c a p

3、a c i t y i t t e n d s t 0 h ig h l in e a r ， l a r g e d y n a mic r a n g e ， h i g h s e n s i t iv it y， h i g h d is t i n g u i s h r a t e a n d 8 0 o n F o r m e e t in g I；h is d e ma n d ，t h e s u p e r h e t e r o d y n e c o n f ig u r a t i o n is u s u a lly u s e d t o d e s ign t

4、h e r e c e i v e r AI；e a s t ，o n e t r a n s f o r me d s e c t i o n u s e d in t h e c o n f ig u r a t io n , wh ic t I s龋li e d mjx e p ，S o t n a t ， it wil l a p p e a r s a lo t o f i n t e r f e r eT h is a r t ic le p r o v id e d a n e f f e c t i v e me t h o d t 0 a n a l y z e t h e

5、c o m p o u n d i 唱 f r e q u e n c y in t e r f e r e，a n d wh ic h i s r e a li z 列u s in g t h e C + la n g u a g e a n d MF C T h e p r a c t ic e c a n t e s t i f y t h a t t h e t h o d is h e lp f u l t o c h o o s e t h e le c a l o s c i lla t e ， a n d d e s i g n t h e 口p r e e le c t io

6、 n o r in t e r s p a c e f r e q u e n c e f il t e r 每 0 ll l l _ 0 lll l 0 0 s u p e r h e t e r p d y ue m ix e r ； c o mp o u n d l f r e q u e n c y in t e r f e r e ； 0 c o s c ill a t e ： i p t e r s p a c e f r e q uen c e f il t e r 1 前言 在专用短波接收机系统中，通常采用 的是超外差二次变频 体系结构 。“ 超外差” 是指将射频输入信号与本地

7、振荡器产生的 信号相乘或差拍 ，即 由中频滤波器选 出射 频信号与本振信号频率和频或差频。主要 优点是 ：在低中频上容易实现相对带宽较 窄、 矩形 系数较 高的 中频滤波 器， 以提高接 收机的选择性 ，而且增益可以从 中频级获 得， 降低 _r 射频级实现高增益的难度。 当射 频信号频率上升到微波甚至毫米波时 ，采 用二次变频 方法 ，可以降低滤波器实现的 难度， 保证接收机的选择性， 既使在射频频 率较低时， 也可以采用二次变频， 且第一中 频设计为高中频的方法来获得较好的镜像 频率抑制。 系统结构如 图l 所示 ， 由图1 可以看出， 该接收机射频前端系统存在两个频率 转换 环节， 即存

8、在两个混频器。 在这些频率转换 过程中，出现了很多干扰，如组合频率干 扰 、 副波道频率干扰 、 交叉调制、 阻塞干扰 、 倒易混频等等。 这些干扰的出现， 对于接收 机能否如愿地实现接收功能，带来 了很大； 的困难。 因此， 必须尽最大的可能消除这些 干扰 ，使所需的信号能够毫无影响的解调 还原 ，完成最终的通信。 2 混频器的频谱分量 一个任意的单值电阻的 i - v特性可由 多项式 ( 1 )表示 i = =d o 斗 仅 l V+ U - 2 V2 + 旺3 V。 + + a NVN ( 1 ) 其 中：。 【 表示任何 DC偏置电流。该 表达式包括理想外延二极管，对此 I f 1 、

9、 f = f ( A v ) 一 I f ( 2 ) N ) ， 令 RF输入信号为 ： V R ( t ) = V s i h ( t ) ( 3 ) L O 信号为 ： V ( t )V s i i3 ( t ) ( 4 ) 将有一系列无限多的混频分量产生 ： j i 二a 0 +d 1 I Vlt s i n ( R t ) + VI s i n ( L t ) 】 + I Vk s i n ( 【 1) H t ) + V T s i n ( T t ) 】 + 、 I I V s i n ( t ) + V s i n ( t ) ( 5 ) 此 ，输出包含一 个直流项( 通常可 忽

10、略 ) ： + n ( + ) + 混频器产生的 主要分量 t O 来 自 第二项 I _ c o s ( 2 0 O J + Gv , c o s ( 一 ) f 1 +c o s ( m + ) H 【 l c o s ( 2 o ) ” 其幅度正 比于系数 。 【 ， ， 该项 同时产生 二次谐波 2 和 2 ；三次和更高次项产 生更 高的偕波 ，混频产物有 如下形式 ： ! = = p q ( o R 或 = p A 哪 R ( 6 ) 这里p 和q 是正整数， 他们代表本振频 率和信号频率的谐波次数。分析上式可看 出， 在混频器的输出产物中， 除了需要的中 频信号外，还存在一些谐波频

11、率和组合频 率， 如果这些组合频率信号接近中频信号， 并落在 中频滤波器的通带内 ，这样便形成 了组合频率干扰 。 3 组合频率干扰分析 由于系统射频频率较低，为了降低滤 波器实现的难度， 保证接收机的选择性， 系 统采用了超外差二次变频结构，且第一中 频设计为高中频的方法来获得较好的镜像 频率抑制。 因此， 第一中频级采用上变频的 形式将 RF频率 与 一 频率较 高的本振信号 L O 进行合频 j 。则可得到该中频级的频率 值 ： L， 扩 l 厂R F + ( 7 ) 其中： f 为射频输入信号频率； 为第一级输入本振信号； 为理想条件下 第一级混频器输出的中频信号频率。 为了便于后级A

12、 D 转换及数字信号处 理 ， 第二中频级采用下变频方式 ， 将第一 中 频级信号 与另 一 本振信号 L O， 进行差 频，则该中频级输出的频率理论值应为： ， = 洲厂 ( 8 ) 其中： ， 为第 一 级混频器输出中频信 号频率； 。 ， 为第二级输入本振信号； ， ， 为理想条件下第二级混频器输 出的中频信 号。当然 ，这_两路本振信号是 由 D D S产生 的同相单频正弦波信号 。两路信号产生的 基本原理相 同，故而此处只针对第一中频 级进行分 析，第二 中频级的分析方f 去 与之 1 8 3 图 1 超外差二次变频系统简单结构框图 一 z NA Y 硼 相同。 由式 ( 6 )可知

13、 ，在第 级混频后的输 出信号中会存在组合频率干扰，虽然中频 滤波器可以滤除通带以外的频谱分量 ，但 是 显然只要满足式( 9 ) ： -， ( 宴 ) 二 pl f R Fql ，L o 1 ， ( 9 ) 其 中： 、 为第一级混频 器实际产生 的中频信号族；p _ ， q 为R F信号频率和本 振 L O 信号频率的谐波次数。 组合频率的干扰信号就会通过 中频滤 波器， 进入中频放大器。 也就是说当1 3 ， ， q 满足条件 ： r ( ， ， ) 一 t t 吼 R F + q lf f 、 + 警 一 ( 其 中： f B w 为信号带宽 ) 时 ， - R F 的 p 次谐波与L

14、 O 的 q 次谐波所带来的组合频 率干扰将进入第二级混频器。 同理，由于信号带宽不随频率变化而 改变，则当 P ， ，q ， 满足条件 ： ， ( p “ 一 ) 2 ， t p 2 t t q 2 A ) + ( 其中： ， ， 为第二级混频器输出中频 信号频率)时 ， ) 的p 次谐波与 。 的 q 次谐波所带来的组合频率干扰将对最终 的后一级的数字信号处理带来不良影响。 因此，根据上述算法，通过分析并尽 量减少组合频率干扰个数的方法，选择第 一级及第二级本振频率，具有极重要的工 程 实际意义。 4 算法实现 输 入： 射频频率值 ， 。 第一级 本振值 _厂 、第二级本振值 、带宽 厂 。 1 )计算第一级 中频滤波的理论 值 、 ： 和F + m 2 )令射频谐波次数 p = 5 3 )如果1 3 5 ，第一级本振信号谐波 次数 q = 5 4 )女 I l果 q 5 5 )如果( p J F + g o 1 ) 一 ( 加 2 ) I ( p l 加 + l 。 1 ) + ( 2 ) 6 )输出p 、q ，计算 _， l Lff =p l r +叮 l 1 ，q - - q +1 ， 至 4) 7 )否则 q q + 1 至 4 ) 8 )p = p +l ， 至 3 ) 9 )计算第二级中频滤波的理论值 ， 2 = fi r , 一