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摘要：接收机是雷达、通信系统中重要组成部分，将天线接收下来的高频信号转变为频率较低的中频信号。随着雷达、通信工作频率越来越高，工作带宽也越来宽，接收机的抗干扰性、噪声、动态范围要求越来越高，和本振源一体化设计也越来越广泛。本文在常规接收机设计基础上，给出了60dB动态范围的方案设计，同时内部直接集成Ku频段本振源一体化设计，并给出方案框图，测试结果验证设计的正确性。
关键词：低噪声；高动态范围；本振源一体化设计
1 工作原理
总体要求接收输入信号9.8GHz～12.2GHz信号，工作瞬时带宽为400MHz，输出2.3GHz～2.7GHz的中频信号，输出功率P-1≥0dBm，接收动态范围为-80dBm～-20dBm，噪声NF≤2.5dB，相噪要求≤-90dBc/Hz@1KHz。本文提供了该波段的接收机方案，内部包括了接收前端单元、混频滤波放大单元和本振单元，基本工作原理采用一次变频的方案，将输入的9.8GHz～12.2GHz信号混频产生2.3GHz～2.7GHz中频信号，本振单元提供12.5GHz～14.5GHz的本振信号。
2 总体方案
按系统要求，综合考虑各方面指标，采用一次变频架构，总体链路设计80dB的增益，扩展动态60dB，系统噪声≤2.5dB，方案中接收前端单元设计50dB的增益，扩展动态30dB；混频滤波放大单元设计50dB的增益，扩展动态30dB；本振单元设计选用高本振，频率为12.5 GHz～14.5GHz，有利于提高镜频抑制。总体噪声仿真如图2。
从仿真结果，噪声为1.83dB，按实际工程经验会有0.3dB左右的误差，故噪声预计在2.2dB左右，能满足指标要求。
接收信号由弱变强时，功率由-80dBm逐渐增大到-50dBm，调整中频的30dB数控放大器，可保证接收链路的线性；当接收信号功率由-50dBm逐渐增大到-20dBm时，再调整射频前端的30dB数控放大器，保证接收链路的线性。
3 接收前端单元
接收前端单元设计50dB的增益。接收信号经过两级低噪放放大后，经30dB的数控衰减器，再经低噪放放大后，经滤波器选择有用信号和滤除镜频信号。
本项目中镜频信号=本振信号（FLO）+中频信号（FIF）。
FLO+FIF =（12.5GHz～14.5 GHz）+（2.3～2.7 GHz）= 14.8GHz～17.2GHz
滤波器的工作频率为9.8GHz～12.2 GHz，抑制14.8GHz～17.2GHz较容易设计，理论设计能达到70dBc以上，按实际工程经验最终预估能达到65dBc以上，镜频抑制效果很好，不致造成镜频信号干扰。
4 混频滤波放大单元
本单元设计有50dB增益，内置一个30dB的数控衰减器用来扩展动态，具体链路按图2进行。按当前接收信号和本振信号混频关系来看，混频出的交调杂散信号距离所需要的工作带宽2.3GHz～2.7GHz中心频率较远，最接近有用信号的杂散是5GHz，滤波器设计不难。
5 本振单元
系统要求跳频步进为10MHz，故本振单元设计为频率步进本振源，以内置100MH晶体振荡器做为参考信号输入，通过锁相环技术，实现低相位噪声、宽带跳频的射频信号输出。本振源方案主要由内置晶振、鉴相器（PD）、环路低通滤波器、压控振荡器（VCO）、输出放大链路、输出滤波器和控制电路组成。
鉴相器直接选用Hittite公司生产的HMC704LP4实现，HMC704LP4是业内一款具有较佳相位噪声和较低杂散的集成芯片。射頻信号输入范围DC～8GHz，射频输入功率范围-15dBm～-3dBm。压控振荡器（VCO）直接选用一款集成单片产品，频率覆盖范围为12GHz～15GHz，输出功率典型值为10dBm。本方案中所需频率为12.5 GHz～14.5GHz，刚好满足需求。该VCO集成单片芯片内置2分频器，分频后的频率为6.25GHz～7.25GHz，此时频率范围满足和HMC704LP4连接。分频后对射频回路进行功率调整，以满足HMC704LP4射频输入功率的要求。锁相完成后，在输出端加一级放大滤波电路来进行功率调整，满足系统系统设计本振信号功率为+13dBm的要求。
常规频率源设计中理论相噪恶化为：20lgN =20lg（输出频率/参考频率）=20lg（7250/50）=43.2dB。
总体相位噪声仿真为-100dBc/Hz@1kHz，设计满足要求。
6 最终产品测试结果
通过本方案的详细设计，并注意到各方面的细节处理，如电磁兼容性，电源处理、射频屏蔽等措施，保证了本方案得以充分的实现，最终测试结果和方案预期相差不多，达到预期目标。
关键词：低噪声；高动态范围；本振源一体化设计
1 工作原理
总体要求接收输入信号9.8GHz～12.2GHz信号，工作瞬时带宽为400MHz，输出2.3GHz～2.7GHz的中频信号，输出功率P-1≥0dBm，接收动态范围为-80dBm～-20dBm，噪声NF≤2.5dB，相噪要求≤-90dBc/Hz@1KHz。本文提供了该波段的接收机方案，内部包括了接收前端单元、混频滤波放大单元和本振单元，基本工作原理采用一次变频的方案，将输入的9.8GHz～12.2GHz信号混频产生2.3GHz～2.7GHz中频信号，本振单元提供12.5GHz～14.5GHz的本振信号。
2 总体方案
按系统要求，综合考虑各方面指标，采用一次变频架构，总体链路设计80dB的增益，扩展动态60dB，系统噪声≤2.5dB，方案中接收前端单元设计50dB的增益，扩展动态30dB；混频滤波放大单元设计50dB的增益，扩展动态30dB；本振单元设计选用高本振，频率为12.5 GHz～14.5GHz，有利于提高镜频抑制。总体噪声仿真如图2。
从仿真结果，噪声为1.83dB，按实际工程经验会有0.3dB左右的误差，故噪声预计在2.2dB左右，能满足指标要求。
接收信号由弱变强时，功率由-80dBm逐渐增大到-50dBm，调整中频的30dB数控放大器，可保证接收链路的线性；当接收信号功率由-50dBm逐渐增大到-20dBm时，再调整射频前端的30dB数控放大器，保证接收链路的线性。
3 接收前端单元
接收前端单元设计50dB的增益。接收信号经过两级低噪放放大后，经30dB的数控衰减器，再经低噪放放大后，经滤波器选择有用信号和滤除镜频信号。
本项目中镜频信号=本振信号（FLO）+中频信号（FIF）。
FLO+FIF =（12.5GHz～14.5 GHz）+（2.3～2.7 GHz）= 14.8GHz～17.2GHz
滤波器的工作频率为9.8GHz～12.2 GHz，抑制14.8GHz～17.2GHz较容易设计，理论设计能达到70dBc以上，按实际工程经验最终预估能达到65dBc以上，镜频抑制效果很好，不致造成镜频信号干扰。
4 混频滤波放大单元
本单元设计有50dB增益，内置一个30dB的数控衰减器用来扩展动态，具体链路按图2进行。按当前接收信号和本振信号混频关系来看，混频出的交调杂散信号距离所需要的工作带宽2.3GHz～2.7GHz中心频率较远，最接近有用信号的杂散是5GHz，滤波器设计不难。
5 本振单元
系统要求跳频步进为10MHz，故本振单元设计为频率步进本振源，以内置100MH晶体振荡器做为参考信号输入，通过锁相环技术，实现低相位噪声、宽带跳频的射频信号输出。本振源方案主要由内置晶振、鉴相器（PD）、环路低通滤波器、压控振荡器（VCO）、输出放大链路、输出滤波器和控制电路组成。
鉴相器直接选用Hittite公司生产的HMC704LP4实现，HMC704LP4是业内一款具有较佳相位噪声和较低杂散的集成芯片。射頻信号输入范围DC～8GHz，射频输入功率范围-15dBm～-3dBm。压控振荡器（VCO）直接选用一款集成单片产品，频率覆盖范围为12GHz～15GHz，输出功率典型值为10dBm。本方案中所需频率为12.5 GHz～14.5GHz，刚好满足需求。该VCO集成单片芯片内置2分频器，分频后的频率为6.25GHz～7.25GHz，此时频率范围满足和HMC704LP4连接。分频后对射频回路进行功率调整，以满足HMC704LP4射频输入功率的要求。锁相完成后，在输出端加一级放大滤波电路来进行功率调整，满足系统系统设计本振信号功率为+13dBm的要求。
常规频率源设计中理论相噪恶化为：20lgN =20lg（输出频率/参考频率）=20lg（7250/50）=43.2dB。
总体相位噪声仿真为-100dBc/Hz@1kHz，设计满足要求。
6 最终产品测试结果
通过本方案的详细设计，并注意到各方面的细节处理，如电磁兼容性，电源处理、射频屏蔽等措施，保证了本方案得以充分的实现，最终测试结果和方案预期相差不多，达到预期目标。