一种短波宽带接收抗干扰设计方法

罗亚军，赵彤宇

（广州海格通信集团股份有限公司，广东 广州 510000）

1 应用环境

短波频段的电磁环境较为复杂，相对于传统的窄带接收机，短波宽带接收机接收到的干扰能量大大增加[1-3]。图1为典型短波接收站点短波频段总能量在一天内的变化曲线。

图1 短波接收站点短波频段总能量变化曲线

从图1可以看出，干扰总能量在一天中不同时间的变化很大，整体能量偏强，偶尔会有大于5 dBm的强干扰出现，甚至一段时间内密集出现强干扰信号。一般情况下，短波环境噪声在低频段偏高，最差会接近-70 dBm；高频段略低，在-110 dBm左右。由于宽带内的强信号干扰会对整个接收系统产生严重的影响，因此如果宽带接收信道的性能不能适应实际电磁环境下的工作要求，可能严重影响系统的可用性。宽带接收信道的性能主要体现在灵敏度和动态范围两个方面，即系统在复杂电磁环境下的弱信号接收能力。

2 宽带接收信道设计

宽带接收系统主要有两种技术方向，一是超外差宽带技术，二是射频直接采样技术。两种技术形式的优缺点比较见表1。

表1 超外差与射频直采架构的优缺点比较

射频直接采样技术是随着软件无线电技术的兴起而发展起来的技术，其性能直接受采样器件性能的制约。结合性能良好的预选滤波器设计，使用直接采样技术可达到不低于超外差形式的性能指标，且电路结构简单，可以规避超外差技术存在的固有问题，大大降低了各类虚假信号出现的概率[4,5]。通过在接收信道中增加分段预选滤波器，可以提升宽带系统的抗阻塞能力。

2.1 射频链路设计

短波宽带接收信道对天线接收到的射频信号进行滤波、放大以及增益控制等处理，核心要求是具有高灵敏度、大动态范围以及强抗阻塞能力，原理如图2所示[6]。

图2 宽带接收信道原理

预选滤波器在满足选频接收带宽的要求下，将短波全频段分成N个子段进行滤波，保证进入接收通道的强信号只有全频段的1/N，能够明显提升接收机的抗干扰能力。预选滤波器支持直通模式，在需要全频段接收时置于直通模式。

器件选型时，充分考虑其动态范围指标。采用19段滤波器实现对2～30 MHz短波工作频段的分段预选滤波，带外抑制达到25 dB以上，滤波器设计带内损耗小于3 dB，输入1 dB压缩点大于20 dBm。放大器采用大动态低噪声放大器设计，噪声系数小于4 dB，增益13.8～15 dB，OIP3达到38～41 dBm。该放大器可以被开关旁路，在输入信号达到一定功率时，放大器被旁路，降低15 dB增益，也作为射频AGC的一部分。采用小步进数控衰减器，最小步进为0.5 dB，最大衰减量为31 dB，IIP3大于45 dBm。

根据所用电路的参数（考虑最坏情况），对系统接收链路的性能指标仿真分析如图3所示。由仿真计算结果可以看出，接收链路可实现性能为噪声系数≤10.55 dB（对应灵敏度-116.67 dBm）、增益≥16 dB、OIP3 ≥ 36.95 dBm[7]。

图3 系统接收链路性能分析

2.2 预选滤波器设计

预选滤波器可以在射频前端对干扰进行滤波，减少进入接收信道的干扰和噪声信号的能量[8]。根据选频宽带接收的需求，预选滤波器采用19段带通滤波器实现。为了降低滤波器的损耗，滤波器切换采用PIN二极管开关设计，在PIN控制电路模块的控制下进行滤波器切换，预选滤波器原理如图4所示。

图4 预选滤波器原理

滤波器设计指标如表2所示。

表2 预选滤波器技术指标

3 抗干扰性能分析

由于短波频段低噪偏高，且不同时段噪声水平也不同，因此为了分析系统在实际天波环境下的工作性能，以下分为两种典型噪声情况进行计算，其他情况可依次类推[9]。

3.1 天波环境1（环境噪声-110 dBm、3 kHz带宽）

由于环境噪声高于接收灵敏度，此时最小可接收的模拟信号为-98 dBm（12 dB信噪比），不同干扰输入功率下的系统性能分析如表3所示（A/D留10 dB余量）。在此环境下，当输入干扰信号功率达到5 dBm（带内）和20 dBm（带外）时，AGC衰减20 dB，系统灵敏度下降1.2 dB，实际接收动态范围可以达到模拟101.8 dB、数字116.8 dB[10]。

表3 天波环境1系统接收性能分析

3.2 天波环境2（环境噪声-100 dBm、3 kHz带宽）

由于环境噪声高于接收灵敏度，此时最小可接收的模拟信号为-88 dBm（12 dB信噪比），不同干扰输入功率下系统性能分析如表4所示（A/D留10 dB余量）。在此环境下，当输入干扰信号功率达到15 dBm（带内）和20 dBm（带外）时，AGC衰减30 dB，系统灵敏度下降1 dB，实际接收动态范围可以达到模拟102 dB、数字117 dB。

表4 天波环境2系统接收性能分析

由计算可以看出，系统在复杂电磁环境下的动态范围在100 dB（模拟）和115 dB（数字）以上，分段滤波器可以提升带外干扰能力。当干扰位于工作频段带外时，动态范围提升25 dB。

4 结 论

本文分析了短波宽带接收机在典型工作环境中面临的强信号干扰问题，从射频链路的优化设计和预选滤波器的分段选择方面给出了一种能够提升抗干扰性能的设计方法。根据目前器件水平，经过分析计算，系统在典型干扰环境下能够有效工作，抗干扰设计措施可行性较好。