宽频段电台机内干扰频点分析及设计考虑❋

徐 彤

（中国西南电子技术研究所，成都610036）

宽频段电台机内干扰频点分析及设计考虑❋

徐 彤❋❋

（中国西南电子技术研究所，成都610036）

探讨了宽频段电台机内干扰频点的来源、产生机理及途径。应用频率设计流程，分析了宽频段电台机内干扰与时钟、本振等主要设计要素的关系，提出了一种新的频率流程设计思路及消除机内干扰频点的方法。工程应用表明，宽频带电台的机内干扰频点控制在总工作点数的0.2％以内。

宽频段电台；机内干扰；频率流程设计；干扰消除

1 引 言

现代战术电台大多具有多频段、多功能及多种波形体制等特点，单一电台可在多个频段工作，且具有很多的工作频点，这类电台可称为宽频段电台。如美军联合战术无线电（JRTS）［1－2］的工作频段为2 MHz～2 GHz，覆盖了短波、超短波及微波等多个频段，有多达上万个工作频点。

宽频段电台设计面对的一个难题是如何将机内干扰频点控制在允许的范围内，对于类似于JRTS的战术电台，工程上允许存在的机内干扰频点不超过总工作频点数的0.2％。

针对电台频率流程设计［3］，工程上主要围绕如何将接收信号进行合理的频率变换、对外来的干扰信号有效滤除来进行，而对消除由机内时钟、本振等信号的组合形成机内干扰频点考虑不多。对于工作频段窄、工作频点数少的窄频段电台来说，采用这种频率流程设计，也足以控制可能落在工作频段内干扰频点，甚至可以完全消除它们。但对于工作频段宽达数个倍频程的宽频段电台来说，采用常用的频率流程设计消除这些机内干扰点却是一个挑战。工程上通常采用电磁屏蔽及电路滤波等措施，降低机内时钟、本振等信号的辐射和传导分量，达到减少或消除机内干扰点的目的。

本文从电台工程设计出发，分析机内干扰频点的产生机理，提出一种新的频率流程设计思路，给出消除机内干扰频点的措施。

2 机内干扰频点的产生机理

当电台在某些频点工作时，电台内部的电磁信号谐波或组合落入工作频带或中频带内，造成这些工作频点接收性能下降，通常定义为接收机标称灵敏度下降10 dB及以上，这些频点被称作机内干扰频点或“坏点”。根据该定义，机内干扰频点是机内已有时钟、本振等的谐波成分或组合成分形成的干扰。

电台常用超外差结构如图1所示。接收信号Fi经两次变频得到输出中频信号送解调器解调，两个本振信号分别为fL1、fL2，两个中频信号分别为fi1、fi2，本振时钟为fc1，另外两个时钟fc2、fc3可考虑为电台显控芯片用时钟、信号处理芯片用时钟。图1中的虚线示意时钟或本振信号通过辐射或传导的途径。

图1 电台超外差接收示意图

下面分析机内干扰产生的机理。

（1）时钟干扰

时钟fc1、fc2、fc3选取不当，其谐波成分落入接收信号Fi信号带内。如时钟fc1选为12.8 MHz，就存在时钟10次谐波落入工作频率128 MHz形成干扰问题。时钟fc2、fc3选取不当，也会造成对工作频率的干扰。

（2）组合干扰

本振信号fL1、fL2的多阶组合或fL1、fL2与时钟fc1的多阶组合，落入一中频fi1、二中频fi2信号带内。如对108～400 MHz频段战术电台，其一中频fi1选为900 MHz、二中频fi2选为70 MHz，那么对应工作频率380 MHz，fL1、fL2分别为1 280 MHz和830 MHz，会有组合1280×2－830×2＝900 MHz＝fi1，正好落入中频，形成机内干扰。

本振信号与接收两次变频有线路交联关系，所以本振信号fL1、fL2以及它们的参考时钟fc1最有可能通过传导或辐射进入接收机的两个混频器，形成干扰。而时钟fc2、fc3一般为脉冲信号，其丰富的谐波成分通过辐射也容易落入接收前端。由于电台的接收灵敏度较高，一般优于－100 dBm以上，上述干扰信号易对电台接收造成影响。因此，有必要从电台频率流程设计入手，分析各信号频率之间的关系，通过合理选取各信号频率值，消除机内干扰频点或将机内干扰频点减少到可以接受的程度。

3 宽频段电台设计考虑

从机内干扰形成机理看，窄频段电台和宽频段电台都会遇到这个问题。窄频段和宽频段没有严格的定义区分，可以大致用工作频段相对带宽加以区分，相对带宽30％以下称窄频段电台，相对带宽30％以上称宽频段电台。窄频段电台工作频段较窄，工作总频点数也不多，适当选取时钟及本振频率可有效排除机内干扰，而宽频段电台频率设计则要难得多，需要仔细考虑。

从前述分析可以看到，时钟和本振信号是形成机内干扰点的源头，而时钟、本振和接收中频的选取构成了电台的频率流程设计核心内容。本节以宽频段电台为例，重点分析其频率设计流程，找出消除机内干扰频点的措施，其中的方法同样适用于窄频段电台。此外，对机内信号的电磁辐射和传导、优化的结构设计和电磁兼容措施也必不可少，文献［4］第3章对电磁兼容措施有较详细的论述，本文不再展开讨论。

3.1 电台频率流程设计

电台频率流程设计［4］是电台最重要的设计内容之一，它事关电路实现难易程度、机内组合干扰多少、镜频干扰抑制实现难易等诸多设计相关因素。本文只讨论与产生机内干扰相关的中频、时钟、本振等频率的选取，参考图1，进行频率流程设计讨论。

为便于分析，先对电台工作频率作以下假设：工作频率F1～FN，则工作频段ΔF＝FN－F1；波道间隔Δf。由此可知：电台有工作频点i＝1，2，…，N个，任一电台工作频点的信号带宽可表示为Fi±Δf/2，Fi∈（F1，FN），集合内的每个频点间隔为Δf。

由图1可以确定电台频率流程几个关键参数之间的关系：一本振fL1＝Fi－fi1，一本振的点数与工作频点数相同；二本振为固定频点fL2，fL2＝fi1－fi2。本振频率的选取除了与工作频率相关外，还与中频频率选取相关。中频频率选取一般有如下考虑：

（1）该频率是标准中频频率，易于获得相应的滤波器，如10.7 MHz、70 MHz、868.3 MHz、900 MHz等；

（2）一中频一般采用高中频方案，利于镜频干扰的滤出。

结合以上两点，一中频一般选取高于工作频段最高频率的2倍，如对100～400 MHz的宽带战术电台可选900MHz；二中频选取主要取决于信息带宽及二中滤波器的选择性，可考虑选取10.7 MHz或455 kHz。

中频确定后，即可确定二本振频率fL2＝fi1－fi2，然后依据电台工作频率确定电台的一本振频率范围fL1＝Fi－fi1，Fi∈（F1，FN）。

3.2 时钟频率选取考虑

电台是独立的无线电设备，需要自行产生必要的机内时钟信号，用于合成收发本振，提供信号处理芯片时钟、显示控制时钟等。为了避免复杂的频率合成，通常选用几个独立晶振来实现多个时钟信号。

时钟频率的选取需要兼顾以下两方面需求：（1）时钟需求电路的要求；

（2）时钟谐波成分不落入接收信号带内。

这里以本振所需的参考时钟fc1为例进行讨论，其他时钟选取方法类似。

时钟是本振的参考源，本振输出频率与时钟频率存在对应的数学关系。现代电台一般采用易实现的间接式合成方法或称锁相环法（PLL），以及直接频率合成（DDS）加PLL法［2］，如图2所示。

图2 PLL及DDS＋PLL频率合成框图

PLL合成法在时钟fc1后分别接两个参考分频器，分频比为整数R1、R2，分别产生本振fL1、fL2所需的参考频率。

DDS＋PLL合成法与PLL合成法基本相似，只是用DDS替代R1参考分频器，fc1作为DDS的时钟，DDS的输出作为本振fL1的参考频率。采用DDS可以获得更小的频率输出间隔以及更快的频率转换时间。

对PLL频率合成法，时钟fc1与输出本振的数学关系可分别表示为

对DDS＋PLL频率合成法，时钟fc1与输出本振的数学关系可分别表示为

结合时钟需求的第2点，时钟谐波成分不落入接收信号带内，应有N×fc1不落入Fi±Δf/2之内。归纳选取本振时钟的要求如下：

（1）fc1是波道间隔Δf的整数倍，fc1＝R×Δf；

（2）N×fc1谐波成分不落入Fi±Δf/2之内。

由于Fi一般也是Δf的整数倍，表示为Fi＝Q×Δf，若R和Q存在最小公倍数，使某一频点Fi在F1～FN范围内，则fc1会造成对工作频点Fi的干扰。有如下两种解决方法。

（1）提高fc1的频率值，使R和Q的最小公倍数变大，让可能产生的干扰落在F1～F2范围外或落入的点数尽量少。如，将fc1提高5倍，则fc1的谐波落入F1～FN形成干扰的点数会减少到原来的1/5，如图3所示。而对于窄频段电台，则选fc1＞ΔF＝FN－F1，可完全消除时钟干扰，如图4所示。

图3 时钟为fc1和5fc1形成干扰对比示意图

图4 fc1＞ΔF情况时钟谐波干扰示意图

（2）选择合适的fc1，使其大多谐波成分落在两个相邻工作频带Fi±Δf/2、Fi＋1±Δf/2的中间。

如图5所示，时钟的某次谐波正好落在Fi＋Δf/2处，对Fi和Fi＋1均不形成干扰。Fi＋Δf/2频率处不是绝对的，可以允许在左右有少量的偏差的一个区域内，这取决于接收通道滤波器的选择性。除极个别点，时钟的其他次谐波大多也会落在两个相邻工作波道的中间，大大降低了形成机内干扰点的概率。

图5 时钟谐波落入两个波道中间干扰示意图

时钟fc1由下列关系式确定：

式中，n为正整数，代表时钟的谐波次数。由于Fi属于一个频段，n的取值有多个，即使确定为某个Fi值计算fc1，n的取值也可不唯一。在工程上，要结合晶振的实现的频率范围、成本等因数考虑，一般选取n不大于10。n越小，其谐波落入电台工作频段的点数越少，形成干扰的可能性就越小。

这样，fc1一定不是Δf的整数倍，要得到Δf鉴相频率，可采用图3所示DDS方案，通过选取合适的获得。

3.3 本振信号组合干扰的解决措施

由于存在图1所示的途径，本振信号会分别进入另一混频器，本振信号fL1、fL2会在一混频器以及二混频器产生组合分量。

组合干扰频率表达为：f＝m×fL1±n×fL2，m、n为正整数。本振fL1表示一个较宽频段的多个频点，其多阶组合分量的计算较为复杂。目前已出现许多频率分析软件，借助计算机辅助设计，可以计算出fL1、fL2的多阶数的组合分量是否落入fi1、fi2滤波器带内，为设计者检验最终选择结果。

上述方法需通过大量、反复的计算来验证所选频率是否合适。进一步分析组合干扰f＝m×fL1± n×fL2，如3.2节描述fL1、fL2一般是波道间隔Δf的整数倍，那么组合干扰f也一定是Δf的整数倍，形成干扰的可能性较大。若将中频fi1、fi2选为Δf的整数倍值上偏移Δf/2，则会大大减少落入中频带内的组合分量。

3.4 应用实例

在工程实际设计中，如对108～400 MHz战术电台（工作频段不含174～225 MHz频段），通过下面频率流程设计，分析计算其可能产生的机内干扰点情况。时钟谐波干扰情况见表1，表中，本振时钟54.006 25 MHz由式（5）中Fi＝108 MHz、n＝2计算而来。

表1 时钟谐波形成的干扰点对比情况Table 1 Comparison of interference by different clock′s harmoniouswave

而对本振组合，考虑两个中频分别为900 MHz、70 MHz，对应的本振频率为fL1＝1 008～1 300 MHz， fL2＝830 MHz，通过软件计算组合m×fL1±n×fL2，考虑10阶以内的组合，大约有几十个干扰点回落在900 MHz±25 kHz带内。而将中频调整为898.112 5 MHz、69.987 5 MHz，通过软件计算组合干扰在几个之内。

通过实际的工程验证，上述宽频段电台的机内干扰频点控制在总工作点数的0.2％以内。

4 结束语

消除机内干扰频点是宽频段电台设计的难点，本文通过分析中频、时钟、本振频率和机内干扰频点关系，针对性提出在传统频率流程设计中时钟和中频选取值基础增加适当偏移量的方法，可大大减少机内干扰点形成的几率，并通过工程设计验证了方法的有效性，对相关工程应用有一定的参考价值。设计中选取了非标准、非典型的时钟及中频频率，会使相应器件的成本有所上升，但能消除宽频段电台的机内干扰频点，还是值得的。

［1］张冬辰，周吉.军事通信［M］.2版.北京：国防工业出版社，2008.ZHANG Dong-chen，ZHOU Ji.Military Communication［M］.2nd ed.Beijing：National Defense Industry Press，2008.（in Chinese）

［2］于全.战术通信理论和技术［M］.北京：电子工业出版社，2009.YU Quan.Tactical Theory and Technology［M］.Beijing：Publishing House of Electronics Industry，2009.（in Chinese）

［3］Carlson A B.通信系统［M］.卞正中，朱世华，译.西安：西安交通大学出版社，1992.Carlson A B.Communication Systems［M］.Translated by BIAN Zheng-zhong，ZHU Shi-hua.Xi′an：Xi′an Jiaotong U-niversity Press，1992.（in Chinese）

［4］Manassewitsch V.频率合成原理与设计［M］.何松柏，宋亚梅，鲍景富，等，译.3版.北京：电子工业出版社，2008.Manassewitsch V.Frequency Synthesizers Theory and Design［M］.Translated by HESong-bai，SONGYa-mei，BAO Jingfu，et al.Beijing：Publishing House of Electronics Industry，2008.（in Chinese）

徐彤（1967—），男，四川成都人，2008年于电子科技大学获工程硕士学位，现为高级工程师，主要研究方向为无线通信技术。

XU Tong was born in Chengdu，Sichuan Province，in 1967.He received the M.S.degree from University of Electronic Science and Technology of China in 2008.He is now a senior engineer.His research direction iswireless communication.

Email：xutongchncd＠sina.com

Analysis of Inside-machine Interference and Design Consideration in W ide-band Radio

XU Tong
（Southwest China Institute of Electronic Technology，Chengdu 610036，China）

The inside-machine interference towide-band radio is discussed，including interference source，mechanism and route.The relationships between inside-machine interference and clock，local oscillation are analyzed forwide-band radio by applying design of frequency flow chart.The new idea for design of frequency flow chart is proposed and themethod for eliminating inside-machine interference is given.Engineering application shows the inside-machine points in the radio are limited within 0.2％of total operating points.

wide-band radio；inside-machine interference；design of frequency flow chart；interference elimination

TN802

A

1001－893X（2013）03－0347－05

10.3969/j.issn.1001－893x.2013.03.023

2012－12－20；

2013－03－18 Received date：2012－12－20；Revised date：2013－03－18

❋❋通讯作者：xutongchncd＠sina.com Corresponding author：xutongchncd＠sina.com