CN114337867A - 一种低噪声接收机的射频滤波和混频接收*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低噪声接收机的射频滤波和混频接收***，包括：依次连接的第一低噪声放大器、第二低噪声放大器、射频滤波器组、第三低噪声放大器、本地振荡器和滤波器；所述射频滤波器组包括若干个不同频段的射频滤波器。
Description
技术领域
本发明属于噪声接收机领域，具体涉及一种低噪声接收机的射频滤波和混频接收***。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
噪声系数指的是在环境温度290K时经过被测件输入信噪比和输出信噪比的比值。这个比值的测量，可以转化为输入信号增益以及输出噪声功率的测量(输入噪声功率仅和环境温度有关)。如果要精确的测量噪声系数，就要对增益和噪声功率进行精确测量。矢量网络分析仪做为测量微波器件S参数的专用仪器，被称为微波仪器中的万用表，可以精确的测量被测器件的增益。将低噪声接收机集成到矢量网络分析仪中，精确测量输入到低噪声接收机的功率，并结合适合于矢量网络分析仪的冷源噪声系数测量方法，就可以精确计算出被测件的噪声系数。
目前市场上测量噪声系数的仪器主要是噪声系数分析仪和频谱分析仪的噪声系数选件。这两种仪器的低噪声接收机一般采取YTF调谐滤波。YTF滤波优点是调谐范围宽，阻带抑制大，但是缺点也很明显，其组件比较大，不易于小型化，且温漂较大，噪声系数测量对温度比较敏感，另外其速度较慢，不易于快速测量。
目前噪声系数测试所用仪器采用的低噪声接收机往往是超外差接收机，且中频在一个固定的较低频率上，但是并不在零频上。如果不采用零中频，因为噪声接收机没有镜像抑制滤波器，有效噪声带宽一般是IFBW(噪声中频带宽)的两倍。也就是说，对本振频率对称的一上一下两个中频带宽的频段都会混入最终被测量的中频。由于无法知道到底哪个频率是主要噪声源，这会造成测量结果的不确定。目前常用的噪声系数测试仪器需要人工判断到底需要测量的是高本振还是低本振，再加上镜频滤波器的方法进行测量，这样就导致测试复杂，增加了测量不确定度。还有一个缺点是不采用零频的话，到了数字中频还是需要变换到零频进行处理，增加了数字信号处理的难度。
采用零中频接收机可以有效解决镜像频率干扰造成的噪声系数测量不确定度问题，以及数字信号处理难度较大的问题。但是同时引入了直流偏移的问题。噪声测试需要噪声接收机有很高的灵敏度，而直流偏移往往会影响到噪声接收机的底噪。
随着微波通信、雷达、导航等技术的迅速发展，对低噪声器件的需求越来越迫切，为检测器件的性能和度量通信等设备接收微弱信号的能力，需要测量器件与设备的噪声特性，这使得噪声系数的测试变得极为重要。高灵敏度的接收机前端的关键器件都是低噪声放大器，如何精确地测量很小的噪声系数成为噪声系数测量行业所面临的一项迫切需求。
现有的测试仪器中的低噪声接收机的中频在一个固定的较低频率上，但是并不在零频上。这样就会导致难以滤除接收机的镜频，导致测量造成误差。并且造成数字信号处理的复杂程度较高。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种低噪声接收机的射频滤波和混频接收***，本发明采用在满足噪声功率测量中对3次谐波抑制比的基础上的一组滤波器，能够进行在电路板和微波模块上完成滤波，能够完成速度较快的噪声功率测量。
根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：
一种低噪声接收机的射频滤波和混频接收***，包括：依次连接的第一低噪声放大器、第二低噪声放大器、射频滤波器组、第三低噪声放大器、本地振荡器和滤波器；
所述射频滤波器组包括若干个不同频段的射频滤波器。
进一步地，所述若干个不同频段的射频滤波器为：将10MHz到3GHz频段分为若干频段，每一频段对应一射频滤波器。
进一步地，所述射频滤波器组包括：
10MHz-25MHz的射频滤波器、25MHz-60MHz的射频滤波器、60MHz-150MHz的射频滤波器、150MHz-350MHz的射频滤波器、350MHz-750MHz的射频滤波器、0.75GHz-1.5GHz的射频滤波器和1.5GHz-3GHz的射频滤波器。
进一步地，所述滤波器采用100KHZ-300MHZ频段的滤波器。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明设计了在满足噪声功率测量中对三次谐波抑制比的基础上的一组滤波器，能够进行在电路板和微波模块上完成滤波，能够完成速度较快的噪声功率测量。
在低噪声接收机中，如果本振和射频不同，噪声功率接收会有镜频干扰，造成测量结果准确度的降低。本发明使用本振和射频频率相同的方法，混频出的零中频用于噪声功率接收，但是为了去除直流漂移对测量的影响，在混频器后级对直流进行了滤波，实际采样的是100kHz到30MHz的中频信号；去除了镜频干扰并同时避免了直流漂移的影响。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例示出的低噪声接收机的射频滤波和混频接收***图；
图2是本发明实施例示出的应用YTF和YTO的超外差噪声接收机结构图；
图3是本发明实施例示出的噪声接收机混频接收的上下边带分布图；
图4(a)是本发明实施例示出的可去除3次谐波的射频滤波器组设计图一；
图4(b)是本发明实施例示出的可去除3次谐波的射频滤波器组设计图二；
图5是本发明实施例示出的本振和射频相同的混频以及中频去直流滤波器结构图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
正如背景技术中介绍的，使用低噪声接收机进行噪声功率测量的一个关键是：当使用基波混频时，由于混频过程当中存在着非线性现象，因此混频器在内部会产生多余的三次谐波信号(也会产生高次谐波信号，但是它们所产生的影响普遍都是很小，可以忽略)。所以需要置于混频器射频输入之前的滤波器，根据具体的测量频率，滤波器可以去除在接收机本振三次谐波频率附近的噪声。
噪声系数分析仪和频谱分析仪的低噪声接收机一般采取YTF调谐滤波。YIG(yttrium iron garnet，钇铁石榴石，一种具有多项磁特性的氧化铁合成晶体)宽带调谐带通滤波器(YTF)具有调谐频率范围宽，假响应抑制能力强等特点，可实现对超外差接收机扫频测量的同步跟踪预选。由于YTF存在非线性、温漂和磁滞等特征，需要通过调谐电路进行补偿，还要满足不同频率范围和扫描速度测量设置的要求，因而使得传统的模拟调谐电路十分复杂。本振通常采用YTO，类似于YTF，采用YIG小球作为振荡器调谐来源。综合考虑这些因素，矢量网络分析仪中的噪声接收机已不适合采用YTF方法进行滤波。图2为应用YTF和YTO的超外差噪声接收机。
噪声系数测试所用仪器采用的低噪声接收机一般不采用零中频，由于没有镜像抑制滤波器，有效噪声带宽一般是IFBW(噪声中频带宽)的两倍。如下图3所示，有时还会面临上下边带噪声功率不同的问题。图3中，Flo是接收机的本振频率，IF是中频频率。
现有的测试仪器中的低噪声接收机一般采取YTF调谐滤波，其微波组件比较大，不易于在电路板上实现，且温漂较大，噪声系数测量对温度比较敏感，另外其速度较慢，不易于快速测量。本实施例的目的就是在满足噪声功率对3次谐波抑制比的基础上，设计一组滤波器，能够进行在电路板上完成滤波，且温漂小，能够完成速度较快的噪声功率测量。
现有的测试仪器中的低噪声接收机的中频在一个固定的较低频率上，但是并不在零频上。这样就会导致难以滤除接收机的镜频，导致测量造成误差。并且造成数字信号处理的复杂程度较高。本实施例的目的就是在混频接收时就避开镜频干扰的问题，达到高精度测量的目的，同时会使数字信号处理的难度降低。
矢量网络分析仪集成电路研发生产、雷达等***研制等领域中有着举足轻重的作用，矢量网络分析仪下的噪声系数测量功能，相比噪声系数分析仪测试的准确度更高。矢量网络分析仪测量的增益非常准确，正好可以应用在噪声测量中。但是如果不能解决噪声功率的精确测量问题，也无法解决矢量网络分析仪中噪声系数测量的高精度测量问题。
测量某一点射频频率点的噪声系数时，由于混频过程当中存在着非线性现象，因此混频器在内部会产生多余的三次谐波信号，所以需要置于混频器射频输入之前的滤波器，根据具体的测量频率，滤波器可以去除在接收机本振三次谐波频率附近的噪声。
如图4(a)-图4(b)中提出的给噪声接收机专用的射频滤波器组，为了去除3次谐波，从10MHz到26.5GHz共分成了10个波段，每个波段频率的3次谐波都在这个滤波器之外，就是为了满足3次谐波抑制的需求。如果不加入任何滤波措施，这些附加的噪声就会从被测器件出来，导致所测得的噪声系数出现预料之外的增加。在三次谐波频率附近的噪声进入到混频器后，它就会和混频器内部产生的本振三次谐波信号混频到中频。因为在三次谐波附近的混频效率要比在基波频率上的混频效率小10dB，所以新增加的噪声相对来说比较少。但是噪声接收机功率测量的不确定度要求一般要在0.1dB以下，所以由3次谐波造成的不确定度必须降低到0.1dB以下更多一些。经过计算，如果没有滤波措施，仅有混频器本身10dB的抑制，不确定度会有0.414dB。如果滤波器达到13dB抑制，不确定度会有0.0217dB。如果滤波器达到20dB抑制，不确定度会有0.00434dB。为了达到较好的效果，所以3次谐波抑制指标定为20dB。在10MHz到3GHz共分为7段进行射频带通滤波。在电路板上750MHz以下可以由分立器件实现带通滤波器，750MHz到3GHz需要由微带线和带状线滤波器来实现。3GHz以上的滤波一般由微波模块实现。因为使用的电子开关速度都很快，所以通过开关切换滤波器组能够达到快速滤波的目的。
噪声接收板输入的射频信号和本振信号频率一致并实现零中频，是有利于后级进行数字信号处理的。如果不采用零中频，因为噪声接收机没有镜像抑制滤波器，有效噪声带宽一般是IFBW(噪声中频带宽)的两倍。也就是说，对本振频率对称的一上一下两个中频带宽的频段都会混入最终被测量的中频。如果中频是10MHz，那么噪声会来自于射频噪声信号在频率(LO+IF)和距其20MHz的另一个频率(LO-IF)，由于无法知道到底哪个频率是主要噪声源，这会造成测量结果的不确定。所以，可以采用零中频技术，使用零中频时，本振频率和射频频率相同，测得的噪声就不存在频率源的不确定问题。在采用零中频法测量时，通常会在中频响应的直流处设计一个陷波以避免直流偏移误差。如果不去除直流偏移误差，会使噪声测试不准确。
如图5所示的混频和滤波器设计结构中，本振和射频的频率相同。但是中频却是从100kHz开始的，目的就是滤除直流信号，真正采用的射频噪声功率中频信号是100kHz到30MHz。滤波器的具体形式可采用电容电感器件在电路板上实现。
具体地，如图1所示，本实施例提供的一种低噪声接收机的射频滤波和混频接收***，包括：依次连接的第一低噪声放大器、第二低噪声放大器、射频滤波器组、第三低噪声放大器、本地振荡器和滤波器；所述射频滤波器组包括若干个不同频段的射频滤波器。
作为一种或多种实施方式，所述若干个不同频段的射频滤波器为：将10MHz到3GHz频段分为若干频段，每一频段对应一射频滤波器。
作为一种或多种实施方式，所述射频滤波器组包括：
10MHz-25MHz的射频滤波器、25MHz-60MHz的射频滤波器、60MHz-150MHz的射频滤波器、150MHz-350MHz的射频滤波器、350MHz-750MHz的射频滤波器、0.75GHz-1.5GHz的射频滤波器和1.5GHz-3GHz的射频滤波器。
作为一种或多种实施方式，所述滤波器采用100KHZ-300MHZ频段的滤波器。
作为一种或多种实施方式，所述第一低噪声放大器连接噪声射频信号输入端口。
作为一种或多种实施方式，所述第一低噪声放大器与第二低噪声放大器之间设有第一电阻衰减网络。
作为一种或多种实施方式，所述第二低噪声放大器与射频滤波器组之间设有第二电阻衰减网络。
作为一种或多种实施方式，所述第三低噪声放大器与本地振荡器之间设有第三电阻衰减网络。
作为一种或多种实施方式，所述第一电阻衰减网络、第二电阻衰减网络和第三电阻衰减网络均为若干电阻通过串、并联的方式组成的衰减网络。
作为一种或多种实施方式，所述本地振荡器采用YIG调谐的振荡器。
本实施例采用一种在低噪声接收机射频上滤除3次谐波的滤波器组方法，去除由混频器中3次谐波非线性造成的噪声功率干扰。
本实施例采用一种在低噪声接收机中采用本振和射频相同的零中频混频方法，并在中频上使用滤波器去除直流漂移干扰。
本实施例提出一种在满足噪声功率测量中对3次谐波抑制比的基础上的一组滤波器，能够进行在电路板和微波模块上完成滤波，能够完成速度较快的噪声功率测量。
在低噪声接收机中，如果本振和射频不同，噪声功率接收会有镜频干扰，造成测量结果准确度的降低。本实施例使用本振和射频频率相同的方法，混频出的零中频用于噪声功率接收，但是为了去除直流漂移对测量的影响，在混频器后级对直流进行了滤波，实际采样的是100kHz到30MHz的中频信号。
本实施例采用一种在低噪声接收机射频滤除3次谐波的一组滤波器，去除了混频器中3次谐波非线性造成的噪声功率干扰，和现有YTF调谐滤波相比，有速度快，温漂低的特点。通过采用低噪声接收机中本振和射频相同的零中频混频方法，并使用滤波器去除直流，和现有方法比，去除了镜频干扰并同时避免了直流漂移的影响。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种低噪声接收机的射频滤波和混频接收***，其特征在于，包括：依次连接的第一低噪声放大器、第二低噪声放大器、射频滤波器组、第三低噪声放大器、本地振荡器和滤波器；
所述射频滤波器组包括若干个不同频段的射频滤波器。
2.根据权利要求1所述的低噪声接收机的射频滤波和混频接收***，其特征在于，所述若干个不同频段的射频滤波器为：将10MHz到3GHz频段分为若干频段，每一频段对应一射频滤波器。
3.根据权利要求2所述的低噪声接收机的射频滤波和混频接收***，其特征在于，所述射频滤波器组包括：
10MHz-25MHz的射频滤波器、25MHz-60MHz的射频滤波器、60MHz-150MHz的射频滤波器、150MHz-350MHz的射频滤波器、350MHz-750MHz的射频滤波器、0.75GHz-1.5GHz的射频滤波器和1.5GHz-3GHz的射频滤波器。
4.根据权利要求1所述的低噪声接收机的射频滤波和混频接收***，其特征在于，所述滤波器采用100KHZ-300MHZ频段的滤波器。
5.根据权利要求1所述的低噪声接收机的射频滤波和混频接收***，其特征在于，所述第一低噪声放大器连接噪声射频信号输入端口。
6.根据权利要求1所述的低噪声接收机的射频滤波和混频接收***，其特征在于，所述第一低噪声放大器与第二低噪声放大器之间设有第一电阻衰减网络。
7.根据权利要求1所述的低噪声接收机的射频滤波和混频接收***，其特征在于，所述第二低噪声放大器与射频滤波器组之间设有第二电阻衰减网络。
8.根据权利要求1所述的低噪声接收机的射频滤波和混频接收***，其特征在于，所述第三低噪声放大器与本地振荡器之间设有第三电阻衰减网络。
9.根据权利要求6-8任一项所述的低噪声接收机的射频滤波和混频接收***，其特征在于，所述第一电阻衰减网络、第二电阻衰减网络和第三电阻衰减网络均为若干电阻通过串、并联的方式组成的衰减网络。
10.根据权利要求1所述的低噪声接收机的射频滤波和混频接收***，其特征在于，所述本地振荡器采用YIG调谐的振荡器。
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