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從信號(hào)失真出發(fā),探討超外差接收機(jī)中的中頻濾波器

發(fā)布時(shí)間:2016-09-29 責(zé)任編輯:susan

【導(dǎo)讀】中頻濾波器相對(duì)于RF信號(hào),工作的頻率比較低。理想的中頻濾波器如文中所示,具有平坦的通帶特性及好群延遲特性,能夠無(wú)失真的通過(guò)希望的信號(hào),同時(shí)具有很陡的過(guò)度帶,能夠提供足夠的鄰道抑制能力。


 
由于中頻濾波器處在低噪放后面,只要低噪聲放大器提供足夠的增益并且不引入過(guò)多的信號(hào)失真,中頻濾波器的插損就可以忽略。
 
中頻濾波器體現(xiàn)的主要接收機(jī)指標(biāo)就是鄰道抑制能力,中頻濾波器可獲得典型鄰道抑制能力范圍從30dB到90dB。信道間隔12.5k的PMR系統(tǒng)中使用的中心頻率21.4M,通道7.5kHz的晶體濾波器,帶外抑制能力可達(dá)90dB(距離中心點(diǎn)8.75k)。
 
中頻濾波器必須考慮頻率偏差(接收機(jī)和發(fā)射機(jī)晶振不匹配引起或者溫度變化造成),因此中頻濾波器帶寬通常大于信號(hào)帶寬,這樣會(huì)引起鄰道抑制能力的降低。而針對(duì)altenate信道及更遠(yuǎn)信道的抑制能力主要由中頻濾波器過(guò)渡帶下降速度及最終的阻帶抑制能力決定。
 
鏡像抑制濾波器(Image filter)
 
為了討論方便,這里我們規(guī)定本振頻率小于射頻頻率,之所以要抑制鏡像信號(hào),是因?yàn)殓R像信號(hào)在下變頻會(huì)和希望的信號(hào)落在同樣的帶寬內(nèi)。
 
鏡像信號(hào)的抑制能力通常由輸入帶通濾波器和鏡像抑制濾波器共同決定。由于這兩個(gè)濾波器都工作在RF頻率,因此需要很高的Q值,高Q值濾波器既昂貴又難實(shí)現(xiàn),因此通常輸入帶通濾波器和鏡像抑制濾波器的帶寬相對(duì)比較高,以降低Q值。
 
同時(shí)需要注意輸入帶通濾波器處在接收機(jī)輸入端,因此該濾波器是接收機(jī)噪聲系數(shù)(NOISE FIGURE)的主要貢獻(xiàn)者,為了降低接收機(jī)總的噪聲系數(shù),提高靈敏度,就需要輸入帶通濾波器具有比較小的插損。
 
而鏡像抑制濾波器由于處于低噪聲放大器后面,其插損對(duì)接收機(jī)整個(gè)噪聲系數(shù)(NOISE FIGURE)貢獻(xiàn)較小,但前提是LNA具有足夠的增益及線性性,對(duì)輸入信號(hào)放大而不引起失真。
 
在超外差接收機(jī)結(jié)構(gòu)中,通常固定中頻(IF)頻率,由于接收機(jī)需要接收一個(gè)頻帶內(nèi)的多個(gè)信道的信號(hào),因此要求鏡像抑制濾波器對(duì)多個(gè)信道都能提供足夠的鏡像抑制能力。
 
鏡像信號(hào)抑制能力通常要求范圍從40dB(DAB)到70dB(PMR系統(tǒng))。為了對(duì)多個(gè)信道提供足夠的鏡像抑制能力,一種方法是利用一個(gè)固定的鏡像抑制濾波器,這個(gè)濾波器帶寬足夠?qū)?,覆蓋整個(gè)頻帶內(nèi)的信道。如圖所示:
 
 
鏡像抑制濾波器覆蓋了整個(gè)頻帶,通過(guò)調(diào)整本振頻率,將需要的信道下變頻到固定中頻。鏡像濾波器的設(shè)計(jì)就需要滿足兩個(gè)條件(這里假定本振頻率小于射頻頻率)
 
(1)鏡像濾波器的帶寬能夠覆蓋整個(gè)頻帶
 
(2)最高頻率信道的鏡像信號(hào)處在鏡像濾波器帶外
 
例如,針對(duì)系統(tǒng)參數(shù):信道間隔2M,中心頻率340M,信道數(shù)5,分別處于頻點(diǎn)336M,338M,340M,342M,344M,中頻頻率36.13M。
 
針對(duì)條件1,鏡像濾波器帶寬最小10M,其兩端截止頻率345M,335M
 
針對(duì)條件2,其最高頻率信道鏡像頻率處于271.74M 《 335M
 
其實(shí)針對(duì)條件(1)、(2),理論條件下,能不能設(shè)計(jì)固定鏡像濾波器,就看能不能滿足條件整個(gè)頻帶帶寬小于兩倍中頻帶寬。
 
如果需要使用固定抑制鏡像濾波器,就需要提高中頻頻率。而過(guò)高的中頻頻率,導(dǎo)致工作在中頻的窄帶通道選擇濾波器設(shè)計(jì)困難。
 
通常的解決辦法
 
設(shè)計(jì)寬帶的中頻濾波器,同時(shí)利用二次混頻將高中頻信號(hào)下變頻到低中頻,使用這種方法需要注意,要保證通道濾波器之前所有接收機(jī)模塊的線性性,同時(shí)要濾除二次混頻之前形成的鏡像信號(hào)。

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