一種基于信號(hào)分離的抗阻塞接收射頻前端結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于信號(hào)分離的抗阻塞接收射頻前端結(jié)構(gòu)，包括高線性度的低噪聲跨導(dǎo)放大器、電流開關(guān)無源混頻器和具有頻率鄰近信號(hào)分離功能的中頻電路，以電流模的方式工作，所述低噪聲跨導(dǎo)放大器具有高線性度的跨導(dǎo)特性，減小輸出電流信號(hào)中的非線性產(chǎn)物，中頻電路在寬帶范圍內(nèi)提供低輸入阻抗，配合電流開關(guān)無源混頻器，可防止阻塞信號(hào)在電路節(jié)點(diǎn)引發(fā)大電壓擺幅并破壞工作點(diǎn)，中頻電路還具有高頻率選擇性，能夠有效濾除頻率上接近有用信號(hào)的阻塞信號(hào)，分離出有用信號(hào)并向后級(jí)輸出。本發(fā)明可用于無片外射頻濾波器的接收機(jī)中，實(shí)現(xiàn)提取有用信號(hào)并抑制阻塞信號(hào)的功能。
【專利說明】
一種基于信號(hào)分離的抗阻塞接收射頻前端結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及通信接收機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于無片外射頻濾波器的無線接收機(jī)中的基于信號(hào)分離的抗阻塞接收射頻前端結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]阻塞信號(hào)影響接收機(jī)對(duì)有用信號(hào)的接收過程，具體表現(xiàn)在:阻塞信號(hào)嚴(yán)重壓縮接收機(jī)對(duì)有用信號(hào)的增益；阻塞信號(hào)引起的大電壓擺幅使電路工作點(diǎn)發(fā)生偏移，使有用信號(hào)發(fā)生失真;阻塞信號(hào)相關(guān)的頻譜再生產(chǎn)物落入有用信號(hào)頻率范圍，成為無法濾除的噪聲。相比于與有用信號(hào)在頻率上間距較遠(yuǎn)的阻塞信號(hào)，鄰近的阻塞信號(hào)對(duì)信號(hào)的接收過程具有更大的影響。一方面，鄰近有用信號(hào)的阻塞信號(hào)的頻譜再生產(chǎn)物很容易落入有用信號(hào)的頻率范圍內(nèi)，使信噪比下降；另一方面，抑制越鄰近有用信號(hào)的阻塞信號(hào)需要越高的頻率選擇性，對(duì)電路設(shè)計(jì)提出的要求也越高。
[0003]在無片外射頻濾波器的接收射頻前端中，需要處理的兩個(gè)重要問題就是如何耐受阻塞信號(hào)(防止阻塞信號(hào)影響射頻前端的信號(hào)處理過程)，以及如何抑制阻塞信號(hào)(防止阻塞信號(hào)進(jìn)入后級(jí)模塊)。提高接收射頻前端耐受阻塞信號(hào)的能力的常用方法是提高電路的線性度以及防止阻塞信號(hào)在電路節(jié)點(diǎn)引發(fā)大電壓擺幅。而接收射頻前端抑制阻塞信號(hào)能力與其頻率選擇性和阻帶抑制率有關(guān)，頻率選擇性和阻帶抑制率越高，該射頻前端的阻塞信號(hào)抑制能力越強(qiáng)。
[0004]目前已提出的無片外射頻濾波器的接收射頻前端采用了多種方案來試圖解決上述兩個(gè)重要問題，諸如采用前饋或反饋形式的主動(dòng)抵消結(jié)構(gòu)以抵消阻塞信號(hào)、采用N相高Q值濾波在射頻節(jié)點(diǎn)濾除阻塞信號(hào)、采用基于無源混頻器的電流模結(jié)構(gòu)來獲得高線性度等。上述三種方案中，除了采用主動(dòng)抵消結(jié)構(gòu)抵消阻塞信號(hào)的方案外，其余兩種均具有較好的對(duì)與有用信號(hào)間距頻率較遠(yuǎn)(大于10MHz)阻塞信號(hào)的抑制能力和耐受能力。然而，對(duì)于和有用信號(hào)間隔頻率很近(小于1MHz)的阻塞信號(hào)，上述三種方案均無法提供有效的阻塞信號(hào)抑制能力和耐受能力。
[0005]由級(jí)聯(lián)系統(tǒng)的噪聲系數(shù)計(jì)算公式可知，前級(jí)模塊的資用功率增益越大，后級(jí)模塊的噪聲系數(shù)對(duì)系統(tǒng)的總噪聲系數(shù)的貢獻(xiàn)越小。因此，為了抑制后級(jí)模塊噪聲的影響，前級(jí)模塊應(yīng)當(dāng)具有適當(dāng)?shù)馁Y用功率增益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的:為解決鄰近有用信號(hào)的阻塞信號(hào)的抑制問題，本發(fā)明提出一種基于信號(hào)分離的抗阻塞接收射頻前端結(jié)構(gòu)，采用信號(hào)分離的思路，在中頻范圍內(nèi)，利用高頻率選擇性的電路進(jìn)行信號(hào)分離，能夠耐受并抑制鄰近有用信號(hào)的阻塞信號(hào)，具有選頻特性好和抗阻塞能力強(qiáng)的特點(diǎn)，適合用于無片外射頻濾波器的無線接收系統(tǒng)中。
[0007]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0008]—種基于信號(hào)分離的抗阻塞接收射頻前端結(jié)構(gòu)，包括高線性度的低噪聲跨導(dǎo)放大器、電流開關(guān)無源混頻器和具有分離頻率鄰近信號(hào)功能的中頻電路，中頻電路包括濾波支路和放大支路;低噪聲跨導(dǎo)放大器提供前級(jí)放大作用，將輸入的射頻電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為射頻電流信號(hào)；電流開關(guān)無源混頻器將射頻電流信號(hào)下混頻為中頻電流信號(hào)，通過濾波支路濾除中頻電流信號(hào)中的阻塞信號(hào)分量，通過放大支路將中頻信號(hào)中的有用信號(hào)分量轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并輸出。
[0009]具體電路結(jié)構(gòu)為:所述低噪聲跨導(dǎo)放大器的輸入端為接收射頻前端結(jié)構(gòu)的總輸入端，低噪聲跨導(dǎo)放大器的輸出端與電流開關(guān)無源混頻器的輸入端相連接，電流開關(guān)無源混頻器的輸入端同時(shí)輸入本地振蕩器信號(hào)，電流開關(guān)無源混頻器的輸出端與中頻電路的輸入端相連接，中頻電路的輸出端為接收射頻前端結(jié)構(gòu)的總輸出端;濾波支路的輸入端與放大支路的輸入端相連接，該節(jié)點(diǎn)作為中頻電路的輸入端，濾波支路用于濾除阻塞信號(hào)，放大支路用于放大有用信號(hào)，放大支路的輸出端節(jié)點(diǎn)作為中頻電路的輸出端。
[0010]優(yōu)選的，所述濾波支路和放大支路均為有源電路。
[0011 ]優(yōu)選的，所述濾波支路和放大支路的輸入阻抗均具有高頻率選擇性，即:對(duì)于頻率低于5MHz的中頻電流信號(hào)，放大支路具有低輸入阻抗，濾波支路具有高輸入阻抗;對(duì)于頻率高于15MHz的中頻電流信號(hào)，濾波支路具有低輸入阻抗，放大支路具有高輸入阻抗;所述低輸入阻抗的大小不高于100 Ω，所述高輸入阻抗的大小不低于IkQ。
[0012]一般我們要求濾波支路和放大支路可以在較短的頻率區(qū)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)輸入阻抗的變換，例如:當(dāng)中頻電流信號(hào)為5MHz時(shí)，濾波支路具有高輸入阻抗;當(dāng)中頻電流信號(hào)達(dá)到(5+X)MHz時(shí)，要求濾波支路已經(jīng)變?yōu)榈洼斎胱杩沽?，此處的間隔頻率X MHz應(yīng)當(dāng)小于1MHz。簡(jiǎn)言之，我們要求濾波支路從高輸入阻抗轉(zhuǎn)換到低輸入阻抗(濾波支路從低輸入阻抗轉(zhuǎn)換到高輸入阻抗)、放大電路從低輸入阻抗轉(zhuǎn)換到高輸入阻抗(放大電路從高輸入阻抗轉(zhuǎn)換到低輸入阻抗)的頻率變換區(qū)間應(yīng)當(dāng)小于10MHz。
[0013]本發(fā)明提出的射頻前端采用高線性度低噪聲跨導(dǎo)放大器提供前級(jí)放大作用，將輸入射頻電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為射頻電流信號(hào)。利用無源混頻器的阻抗特性頻率轉(zhuǎn)移作用，可將中頻電路的輸入阻抗轉(zhuǎn)移到本振頻率處。由于中頻電路的放大支路在輸入信號(hào)為低頻率下具有低輸入阻抗，而在高頻率下具有高輸入阻抗;濾波支路在高頻下具有低輸入阻抗，而在低頻下具有高輸入阻抗;兩支路并聯(lián)結(jié)構(gòu)的總輸入阻抗能夠在較寬的頻率范圍內(nèi)保持低輸入阻抗，而在零中頻和低中頻接收機(jī)架構(gòu)中，混頻后，有用信號(hào)位于低頻范圍，而可能出現(xiàn)的阻塞信號(hào)位于較高頻率范圍，因此該輸入阻抗特性可保證中頻電路輸入端接收到的有用信號(hào)進(jìn)入放大支路而阻塞信號(hào)進(jìn)入濾波支路。同時(shí)由于中頻電路具有寬帶的低輸入阻抗，因此經(jīng)頻率轉(zhuǎn)移后，無源混頻器的輸入端，即低噪聲跨導(dǎo)放大器的輸出端，將呈現(xiàn)一低阻節(jié)點(diǎn)。低噪聲跨阻放大器輸出電流信號(hào)將經(jīng)無源混頻器下混頻后進(jìn)入中頻電路，避免了阻塞信號(hào)在該節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生大電壓擺幅，使低噪聲跨阻放大器能夠保持穩(wěn)定的直流工作點(diǎn)，獲得較高的線性度。
[0014]綜上所述，本發(fā)明提出的基于信號(hào)分離的抗阻塞接收射頻前端結(jié)構(gòu)可分離頻率上鄰近的有用信號(hào)和阻塞信號(hào)，并可防止阻塞信號(hào)產(chǎn)生大電壓擺幅影響電路工作點(diǎn)，具有較強(qiáng)的抗阻塞能力。
[0015]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0016]1、本發(fā)明具有較強(qiáng)的抗阻塞能力，可替代片外射頻濾波器的作用，有助于降低接收機(jī)的成本和外圍電路復(fù)雜度；
[0017]2、本發(fā)明具有高頻率選擇性，可抑制鄰近有用信號(hào)的阻塞信號(hào)，能夠防止阻塞信號(hào)對(duì)接收鏈路后級(jí)模塊的影響；
[0018]3、本發(fā)明基于信號(hào)分離的阻塞抑制方法，阻塞信號(hào)和有用信號(hào)進(jìn)入不同支路，因此兩支路在設(shè)計(jì)上可分別優(yōu)化，提高了電路的靈活度。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的基于信號(hào)分離的抗阻塞接收射頻前端的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明的基于信號(hào)分離的抗阻塞接收射頻前端的中頻電路輸入阻抗曲線圖；
[0021]圖3為仿真得到的本發(fā)明的基于信號(hào)分離的抗阻塞接收射頻前端結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換增益關(guān)于工作頻率的曲線圖:縱坐標(biāo)以線性表示，橫坐標(biāo)以對(duì)數(shù)表示；
[0022]圖4為仿真得到的本發(fā)明的基于信號(hào)分離的抗阻塞接收射頻前端結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換增益關(guān)于工作頻率的曲線圖:縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)均以對(duì)數(shù)表示。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0024]如圖1所示為本發(fā)明提出的基于信號(hào)分離的抗阻塞接收射頻前端結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)主要分為三部分，即高線性度的低噪聲跨導(dǎo)放大器、電流開關(guān)無源混頻器和具有分離頻率鄰近信號(hào)功能的中頻電路，其中，低噪聲跨導(dǎo)放大器的輸入端為接收射頻前端結(jié)構(gòu)的總輸入端，低噪聲跨導(dǎo)放大器的輸出端與電流開關(guān)無源混頻器的輸入端相連接，電流開關(guān)無源混頻器的輸入端同時(shí)輸入本地振蕩器信號(hào)，電流開關(guān)無源混頻器的輸出端與中頻電路的輸入立而相連接，中頻電路的輸出纟而為接收射頻肖U 結(jié)構(gòu)的總輸出纟而，中頻電路包括濾波支路和放大支路，濾波支路的輸入端與放大支路的輸入端相連接，該節(jié)點(diǎn)作為中頻電路的輸入端，濾波支路用于濾除阻塞信號(hào)，放大支路用于放大有用信號(hào)，放大支路的輸出端節(jié)點(diǎn)作為中頻電路的輸出端。
[0025]如圖2所示，本發(fā)明提出的基于信號(hào)分離的抗阻塞接收射頻前端結(jié)構(gòu)中，當(dāng)輸入信號(hào)的頻率在低頻率范圍內(nèi)，放大支路具有低輸入阻抗，濾波支路具有高輸入阻抗;在輸入信號(hào)的頻率在高頻率范圍內(nèi)，濾波支路具有低輸入阻抗，放大支路具有高輸入阻抗;所述低輸入阻抗大小不高于100Ω，所述高輸入阻抗大小不低于IkQ。因此，兩支路并聯(lián)結(jié)構(gòu)的總輸入阻抗能夠在較寬的頻率范圍內(nèi)保持低輸入阻抗。在零中頻和低中頻接收機(jī)架構(gòu)中，混頻后，有用信號(hào)位于低頻范圍，而可能出現(xiàn)的阻塞信號(hào)位于較高頻率范圍。上述輸入阻抗特性可保證有用信號(hào)進(jìn)入放大支路而阻塞信號(hào)進(jìn)入濾波支路。
[0026]結(jié)合圖2、圖3和圖4，本發(fā)明濾波支路和放大支路可采用有源電路，濾波支路和放大支路的輸入阻抗均具有高頻率選擇性，所述濾波支路和放大支路的輸入阻抗均具有高頻率選擇性，即:對(duì)于頻率低于5MHz的中頻電流信號(hào)，放大支路具有低輸入阻抗，濾波支路具有高輸入阻抗;對(duì)于頻率高于15MHz的中頻電流信號(hào)，濾波支路具有低輸入阻抗，放大支路具有高輸入阻抗;所述低輸入阻抗的大小不高于100 Ω，所述高輸入阻抗的大小不低于IkΩ。在傳統(tǒng)接收射頻前端中，中頻電路的常用結(jié)構(gòu)是跨阻放大器與電容的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，其頻率選擇性由跨阻放大器本身的頻率選擇性以及并聯(lián)電容的頻率特性決定。出于穩(wěn)定性的考慮，通常情況下，跨阻放大器無法實(shí)現(xiàn)高階頻率特性，而電容也僅能夠提供一階的頻率特性，因此最終的輸入-輸出轉(zhuǎn)換特性只能呈現(xiàn)大約二階的頻率特性。由于阻帶衰減速度緩慢，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)并不能保證鄰近有用信號(hào)的阻塞信號(hào)被有效的抑制。本發(fā)明與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同的是，放大支路和濾波支路均為有源電路，并具有高階的頻率特性，即放大支路的輸入阻抗隨頻率上升而迅速升高，而濾波支路的輸入阻抗隨頻率上升而迅速下降。具體的，兩支路的輸入阻抗均具有二階以上的頻率特性，因此中頻電路的輸入-輸出間具有四階以上的頻率特性，呈現(xiàn)至少80dB/dec的衰減速率，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)二階頻率特性40dB/dec衰減速率。因此，該中頻電路具有很高的頻率選擇性，可有效抑制頻率上鄰近有用信號(hào)的阻塞信號(hào)。
[0027]綜上所述，本發(fā)明采用了信號(hào)分離的思路，利用高頻選擇性的電路進(jìn)行信號(hào)分離，達(dá)到了耐受并抑制臨近有用信號(hào)的阻塞信號(hào)的目的，并可防止阻塞信號(hào)產(chǎn)生大電壓擺幅影響電路工作點(diǎn)，具有較強(qiáng)的抗阻塞能力在中頻范圍內(nèi)，電路結(jié)構(gòu)也更加靈活。
[0028]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于信號(hào)分離的抗阻塞接收射頻前端結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括高線性度的低噪聲跨導(dǎo)放大器、電流開關(guān)無源混頻器和具有分離頻率鄰近信號(hào)功能的中頻電路，中頻電路包括濾波支路和放大支路;低噪聲跨導(dǎo)放大器提供前級(jí)放大作用，將輸入的射頻電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為射頻電流信號(hào)；電流開關(guān)無源混頻器將射頻電流信號(hào)下混頻為中頻電流信號(hào)，通過濾波支路濾除中頻電流信號(hào)中的阻塞信號(hào)分量，通過放大支路將中頻信號(hào)中的有用信號(hào)分量轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并輸出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于信號(hào)分離的抗阻塞接收射頻前端結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述低噪聲跨導(dǎo)放大器的輸入端為接收射頻前端結(jié)構(gòu)的總輸入端，低噪聲跨導(dǎo)放大器的輸出端與電流開關(guān)無源混頻器的輸入端相連接，電流開關(guān)無源混頻器的輸入端同時(shí)引入本地振蕩器信號(hào)，電流開關(guān)無源混頻器的輸出端與濾波支路的輸入端與放大支路的輸入端相連接，放大支路的輸出端節(jié)點(diǎn)作為接收射頻前端結(jié)構(gòu)的總輸出端。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于信號(hào)分離的抗阻塞接收射頻前端結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述濾波支路和放大支路均為有源電路。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于信號(hào)分離的抗阻塞接收射頻前端結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述濾波支路和放大支路的輸入阻抗均具有高頻率選擇性，即:對(duì)于頻率低于5MHz的中頻電流信號(hào)，放大支路具有低輸入阻抗，濾波支路具有高輸入阻抗;對(duì)于頻率高于15MHz的中頻電流信號(hào)，濾波支路具有低輸入阻抗，放大支路具有高輸入阻抗;所述低輸入阻抗的大小不高于100Ω，所述高輸入阻抗的大小不低于IkQ。
【文檔編號(hào)】H04B1/12GK106059604SQ201610347830
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月24日
【發(fā)明人】吳建輝, 華超, 陳超, 李紅, 黃成
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)