短波發(fā)射機射頻前端放大電路設(shè)計

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摘要：目前設(shè)計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)射機上的電路運行效率降低，針對這一問題提出短波發(fā)射機射頻前端放大電路設(shè)計與實現(xiàn)。分析短波發(fā)射機射頻信號傳輸過程，從前端低噪聲放大電路和前端功率放大電路兩個方面設(shè)計射頻前端放大電路，同時計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)射機的工作頻率與輸入功率，實驗結(jié)果表明，該設(shè)計電路可以提高短波發(fā)射機的運行效率，增加信號強度，降低噪聲干擾。

關(guān)鍵詞：短波發(fā)射機；射頻前端；放大電路設(shè)計；拓撲結(jié)構(gòu)

引言

短波波長為100～10m，相應(yīng)的頻率范圍是3～30MHz?；诙滩ǖ拈L度、頻率及帶寬等特點，可以將其廣泛應(yīng)用于雷達、通信以及定位等領(lǐng)域[1,2]?；诙滩ǖ膫鞑シ绞窖邪l(fā)出短波發(fā)射機，對無線信號進行調(diào)制，增強信號發(fā)射功率，提高通信速度[3]。隨著短波發(fā)射機使用范圍的擴大，其在使用過程中會受到電磁干擾，導(dǎo)致發(fā)射信號在識別中與實際信號產(chǎn)生偏差，出現(xiàn)信息傳遞錯誤等問題[4-6]?；诖?，文獻[7]通過分析前端電路工作電流和工作過程中的噪聲，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[8]則研究了5G/B5G時代的通信信號，根據(jù)5G/B5G時代對短波發(fā)射機的需求，利用MIMO系統(tǒng)設(shè)計前端電路，以滿足5G/B5G時代通信需求。上述方法容易出現(xiàn)運行效率降低的問題，因此提出短波發(fā)射機射頻前端放大電路設(shè)計與實現(xiàn)。

1短波發(fā)射機射頻前端放大電路設(shè)計與實現(xiàn)

在通信過程中，需要通過短波發(fā)射機發(fā)射無線電信號實現(xiàn)通信信號的傳遞。發(fā)射信號時，短波發(fā)射機需要將信號傳輸至發(fā)射機前端放大電路，通過低噪聲放大和功率放大裝置降低電磁干擾，增強信號功率，實現(xiàn)信號清晰傳播[9]。基于此，設(shè)計射頻前端低噪聲放大電路和射頻前端功率放大電路，組合實現(xiàn)短波發(fā)射機射頻前端放大電路。

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電路，主要用于增益短波發(fā)射機信號[10]。此次設(shè)計的射頻前端低噪聲放大電路重點提高電路的增益、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)射機需要的射頻性能，在前端放大電路中設(shè)計不同數(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

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

1.3短波發(fā)射機射頻前端放大電路實現(xiàn)

組成的短波發(fā)射機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)射機處于發(fā)射模式，發(fā)射信號時需要關(guān)閉低噪聲放大電路，打開功率放大電路，避免短波發(fā)射機產(chǎn)生內(nèi)置噪聲，干擾信號發(fā)射。當(dāng)短波發(fā)射機處于接收模式，接收信號時需要關(guān)閉功率放大電路，減少信號在接收過程中產(chǎn)生的信號損失。

2實驗分析

以正在使用的短波發(fā)射機為實驗對象，采用對比實驗的方式驗證此次設(shè)計的前端放大電路。比較傳統(tǒng)電路與本次設(shè)計電路安裝在短波發(fā)射機中的運行效率。

2.1實驗準(zhǔn)備

此次實驗在實驗室中進行，選擇的實驗測試儀器如表1所示。根據(jù)表1所示的前端放大電路測試儀器，將兩組對比電路分別安裝在此次實驗選擇的短波發(fā)射機中，測試短波發(fā)射機的變化，實驗結(jié)果如下。

2.2實驗結(jié)果

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

3結(jié)論

此次設(shè)計實現(xiàn)的射頻前端放大電路充分考慮短波發(fā)射機使用過程中存在的問題，重點設(shè)計前端放大電路中的低噪聲放大電路和功率放大電路，降低信號干擾，提升短波發(fā)射機的性能，具有一定的參考價值。

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作者：彭暇 單位：國家廣播電視總局二〇二二臺