天华中威科技微波小课堂_RF信号链概述

RF信号链概述

如今的多通道宽带多倍频程调谐RF接收器，通常需要消除不必要的阻塞信号，从而保持相关信号的保真度。滤波器在减少这些不必要的信号上起到了重要作用，特别是在这些系统的接收器RF前端和本振(LO)部分。天华中威科技小编将带领大家探讨RF信号链中的滤波器。
图1显示了覆盖2 GHz至18 GHz的典型宽带信号链。该信号链的基本工作原理如下。天线接收的频率范围很广。将频率转换为ADC能够进行数字化处理的中频信号之前，需要进行一系列放大、滤波和衰减控制（射频前端）。此框图中的滤波功能可分为四大类：

• 预选器亚倍频程滤波
  

• 镜像/中频信号抑制
  

• LO谐波
  

• 抗混叠
  

图1. 2Ghz至18GHz接收器框图。

图2.(a)亚倍频程预选可减轻IMD2问题；(b)滤波器频带随着频率的增加而变宽。

图3.(a)必须在混频器之前抑制的镜像频段和(b)中频频段。

预选器亚倍频程滤波需要靠近信号链的起点，用于解决二阶交调失真(IMD2)杂散问题，这类问题在有干扰信号（也称为阻断信号）的情况下会出现。当两个带外(OOB)杂散相加或相减并形成一个带内杂散时，就会发生这种情况，这可能会掩盖目标信号。亚倍频程滤波器可以在这些干扰信号到达信号链的非线性元件（如放大器或混频器）之前将其去除。通常，亚倍频程滤波器的绝对带宽要求会随着中心频率的降低而变得更窄。例如，2 GHz至18 GHz信号链的第一频带可能仅覆盖2 GHz至3 GHz，并且需要在1.5 GHz的低压侧(F_high/2)和4 GHz的高压侧(F_low × 2)具有良好的抑制，而信号链的最高频带可能覆盖12 GHz至18 GHz，在9 GHz的低压侧和24 GHz的高压侧具有良好的抑制。这些差异意味着需要更多的滤波器来覆盖低频段，而不是高频段。预选器滤波的频谱示例如图2所示。

镜像/中频抑制滤波通常是在信号链的下游，在LNA和混频器之间。它用于抑制镜像频率和不需要的中频频率。镜像是一个频段，当它出现在混频器输入端时，将生成与混频器输出端目标信号振幅相同的信号。镜像抑制可以通过信号链中的几个组件来实现，如预选滤波器、专用镜像抑制滤波器和来自于单边带(SSB)混频器的镜像抑制能力。中频信号抑制需要在混频器之前降低中频频率的频谱，避免它们直接泄漏到混频器上并显示为不需要的杂散。图3显示了一个不需要的镜像和中频频段的频谱示例。

根据LO生成电路的不同，信号链中的这一点对滤波的要求可能会有所不同。输入混频器LO端口的目标信号是干净的正弦波或方波。通常，LO电路会产生所需LO信号的次谐波和谐波。这些不需要的信号（见图4）需要在到达混频器之前进行抑制，避免产生不需要的MxN杂散产物。如果LO信号处于单一频率，那么一个固定带通滤波器就足够了，并且可以优化为仅通过目标信号。在宽带信号链中，通常要实现可调谐的LO信号，因此需要一组开关滤波器或一个可调谐滤波器。

图4.LO谐波滤波。

图5.如果没有足够的抑制，ADC中的混叠会导致干扰信号出现在某个频段。

使用ADC采样时，系统设计人员需选择要进行数字化处理的奈奎斯特区。第一个奈奎斯特区的范围从DC到fS/2（其中fS是ADC的采样率）。第二个奈奎斯特区是从fS/2到fS，以此类推。抗混叠滤波器用于抑制与目标奈奎斯特区相邻的奈奎斯特区中的干扰信号。信号链中这个位置的干扰信号可能来自不同的来源，比如混频器中产生的MxN杂散、与目标信号相邻的下变频信号，或是来自中频信号链中产生的谐波。在进行数字化处理时，输入ADC的任何干扰信号都将混叠到第一奈奎斯特区。不需要的混叠信号的频谱示例如图5所示。
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