袁 洋 孟 清

（中國電子科技集團公司第十四研究所 江蘇·南京 210000）

微波接收機是在發(fā)射機將載有信息的信號調(diào)制到射頻載波后，再通過解調(diào)經(jīng)過調(diào)制的信號，在充滿噪聲的空中信道中將非常微弱的接收信號提取出來，保證信號具有足夠信噪比的同時，確保高速、精準。微波接收機，本質(zhì)上是一個完整的系統(tǒng)，系統(tǒng)設計過程中，設計師既要兼顧總體性能，針對各電路模塊的線性度、功耗、噪音系數(shù)以及增益等進行系統(tǒng)的考慮，又要協(xié)調(diào)好各個電路模塊，不斷地修正和完善微波接收機系統(tǒng)的原理與結構，從而有效地發(fā)揮微波遙感的作用，在充滿噪聲的空中信道中快速、精準地傳輸信息。想要有效地接收信號、快速精準地處理信號，微波接收機的性能就格外重要，其中信號帶寬以及頻譜會直接影響射頻收發(fā)模塊的結構與電路模塊，系統(tǒng)設計時，必須要保證微波接收機具有優(yōu)良的線性度、較高的靈敏度、功率控制達標。

1 微波接收機系統(tǒng)的性能指標分析價值

微波接收機是在無線傳輸換環(huán)境之中接收微弱的信號，所接收到的都是經(jīng)過調(diào)制的信號。無論是接收環(huán)境，還是信號處理，都對微波接收機的各項性能有著較高的要求，既要保證有足夠的信噪比，又要具有較高的靈敏度，能將微弱的微波信號從無線傳輸環(huán)境中提取出來。從接收機系統(tǒng)原理框圖來看，微波信號機是一個完整的系統(tǒng)，其功能是接收信號后，對信號進行調(diào)制，整個系統(tǒng)主要由射頻濾波器、低噪聲放大器以及中頻濾波器、本振濾波器、混頻器、基帶組成，信號調(diào)制過程中，信號帶寬以及頻譜會直接影響射頻收發(fā)模塊的結構和電路模塊的設計，信號的損耗、衰弱以及信號幅度起伏，與微波接收機的線性度、靈敏度密切相關。由于微波接收機具有多徑效應、路徑損耗、時變性等特點，導致噪聲和干擾無處不在。基于無線傳輸環(huán)境的特殊性，在射頻收發(fā)模塊的結構和電路模塊設計過程中，既要考慮到信號帶寬和頻譜，修正與完善微波接收機系統(tǒng)，又要兼顧微波接收機的性能，針對微波接收機的總體性能協(xié)調(diào)好各級電路模塊以及射頻收發(fā)模塊，以保證微波接收機的線性度、靈敏度、功耗、噪音系數(shù)以及增益等性能達標，使得信號幅度能在大范圍內(nèi)起伏，有足夠的信噪比。

鑒于此，對微波接收機的主要性能指標展開分析，其目的在于圍繞這些性能指標，建立起微波接收機系統(tǒng)模型，對微波信號接收、調(diào)解處理進行分析，包括了括線性度、靈敏度等，將各個性能指標與實際應用下的技術要求進行對比，從而不斷地修正、完善微波接收機系統(tǒng)，并將研究成果作為技術儲備，為微波接收機系統(tǒng)設計工程師提供參考。

2 對微波接收機主要性能指標的分析

微波接收機的性能指標，包含了噪聲系數(shù)、靈敏度、動態(tài)范圍、通頻帶、最大增益、選擇性，對這些性能指標展開分析，是針對這些指標對微波接收機系統(tǒng)的信號接收、信號調(diào)解的影響，探究如何確保微波接收機的各項性能達到指標要求。以下是對噪聲系數(shù)、靈敏度、動態(tài)范圍、通頻帶、最大增益、選擇性，這六個主要性能指標的具體分析內(nèi)容：

（1）噪音系數(shù)。噪音對于任何電子系統(tǒng)而言，都具有較大的影響，特別是噪聲與干擾。微波接收機的噪音會掩蓋微弱的信號，從而影響微波接收機對微弱信號的偵測能力，也就是會影響微波接收機的極限靈敏度。大體上，微波接收機的噪音主要來源于兩個方面：一是外部噪音，指的是無線信號傳輸?shù)谋尘霸胍?，包含了天空噪音、地球噪音以及人工噪音等；二是微波接收機自身產(chǎn)生的噪音，如放大器、濾波器以及檢波器等各種元件產(chǎn)生的噪音。內(nèi)部的噪音會直接影響微波接收機檢測的最小信號，意味著微波接收機只能檢測到大于內(nèi)部噪聲強度的信號，這也是衡量微波接收機信號接收性能好壞的關鍵指標——信噪比。信噪比，指的是信號功率與噪聲功率之比，信噪比越大則越容易檢測好信號。在二端口網(wǎng)絡研究中，明確通過網(wǎng)絡傳輸信號上的噪聲數(shù)量，尤為重要，而代表這種特性的重要參數(shù)是噪聲系數(shù)，是定量描述一個元件或是系統(tǒng)所產(chǎn)生噪聲程度的指數(shù)。微波接收機系統(tǒng)的噪聲系數(shù)受多種因素的影響，常見的有電路損耗、放大倍數(shù)以及偏壓，其公式為：

NF=輸入端信噪功率比/輸出端信噪功率比，其常用單位為分貝（dB），想要降低整個微波接收系統(tǒng)的噪聲系數(shù)，就要先從第一級網(wǎng)絡的噪聲系數(shù)與增益入手，第一級的噪聲系數(shù)越小、增益越高，則后面的噪音系數(shù)對整個系統(tǒng)就不會產(chǎn)生太大的影響。

（2）靈敏度。此指標，主要是衡量微波接收機接收與檢測微弱信號的能力，通常情況下，微波接收機的靈敏度越高，則檢測出微弱信號的能力就越強，這項技術指標的定義是，在給定要求的輸出信噪比條件下，接收機在多微弱的信號功率點評下能工作的情況，即檢測到的最低輸入信號電平。這也意味著，當接收到的信號能達到一個最小的信號電平，微波接收機就能正常工作，并進行預期的輸出。然而，微波接收機的靈敏度并不是基本量，有著給定噪聲功率的前提，在衡量微波接收機信號檢測能力時，需要依賴其他參數(shù)才能確定，如信納比、中頻帶寬、信號調(diào)制，以下是描述靈敏度與這些參數(shù)關系的公式：

圖1：微波接收機系統(tǒng)框架圖

其中，S是靈敏度，NF是噪音系數(shù)，B是中頻帶寬，Ksn是信納比，Km是調(diào)制函數(shù)。根據(jù)公式可以發(fā)現(xiàn)，想要提高靈敏度，就要降低噪音系數(shù)以及減小中頻帶寬。不過，由于在寬帶微波接收機中，靈敏度是頻率的函數(shù)，并不是一個常數(shù)，正常情況下會有最高靈敏度與最低靈敏度連個指標，但兩個指標不能相差太多，否則過高的頻帶內(nèi)靈敏度欺負也會影響微波接收機的整體性能。

（3）動態(tài)范圍。微波接收機的動態(tài)范圍，是可檢測的最小信號與失真允許下接收到最大信號之間的范圍。一般情況下，微波接收機的動態(tài)范圍下限，也就是最小信號，會受限于噪音系數(shù)，與整個系統(tǒng)的要求與狀態(tài)也有一定關系，而動態(tài)范圍的上限，即最大信號，則與器件的非線性指標和自動增益放大器控制范圍有關，一旦輸入信號過大就會出現(xiàn)信號失真，此時信噪比會下降。因此，當輸入功率小于動態(tài)范圍下限，則噪聲會占據(jù)主導地位，當輸入功率超過動態(tài)范圍的上限，則輸出就會達到飽和狀態(tài)。設計射頻與微波電路時，微波接收機的動態(tài)范圍是主要依據(jù)，正常情況下，會將動態(tài)范圍定義為最小檢測信號的MDS到1dB壓縮點之間的功率范圍，而1dB壓縮點則指的是輸出功率與線性時相比較小了1dB，或是轉換時損耗增加了1dB的點，如此一來就能得到動態(tài)范圍的表達式，如下：

（4）通頻帶。微波接收機接收到的已調(diào)波，本質(zhì)上是一個頻帶信號。正是由于已調(diào)波頻譜中的主要成分中帶寬占據(jù)一定比例，想要使得頻帶信號能在信號無失真的情況下，通過微波接收機并進行調(diào)制，就要保證微波接收機具有足夠的工作頻帶寬度，而這個工作頻帶寬度就是通頻帶。正常情況下，若是通頻帶過寬，信號的主要頻譜成分，就能在無失真的情況下通過接收機，只是會出現(xiàn)較多的噪聲，若是頻帶寬過窄，噪聲就會降低，但也會損失有用的信號頻譜成分。這就意味著，在設計微波接收機系統(tǒng)時，設計師需基于通帶的幅頻衰減特性以及微波接收機所接收的已調(diào)波頻帶寬度，合理地選擇頻帶寬。

（5）最大增益。微波遙感技術中，微波信號的發(fā)送與接收，與微波信號經(jīng)饋線以及分路系統(tǒng)有關。一般情況下，天線收到的微波信號會通過微波信號經(jīng)饋線和分路系統(tǒng)，輸送到微波接收機。由于信號的衰變，接收機的輸入電平處于持續(xù)變動的狀態(tài)，隨時隨地都在變化，要保證解調(diào)器正常用作，就要確保微波接收機的輸入電平能達到放輸出應達到的要求。然而，由于微波接收機的輸入端信號比較微弱，接收機輸入與輸出電平就會產(chǎn)生一定差距，這個差距指的就是最大增益。設計微波接收機系統(tǒng)時，設計師要保證整個增益值，也就是輸出與輸入的電平差會合理地分配到微波接收機的低噪聲放大器以及前置中放和主中放等各級放大器中，均衡增益的分布，以確保接收機的主中放與前置中放輸出都能達到所要求的電平。

（6）選擇性。接收機的選擇性，是每個波道在接收信號的過程中，傾向于接收本波道的信號，體現(xiàn)在其對鄰近波道的干擾與本波道的收、發(fā)干擾的抑制作用上。微波接收機的選擇性，與增益、頻率有關，用增益—頻率特征表示選擇性，既要求通頻帶內(nèi)的增益足夠大，也要求通頻帶外的衰減越大越好，盡可能地降低通帶與阻帶之間的過渡區(qū)寬度。

3 結語

微波接收機是微波遙感的信號接收儀器，學者們一直以來都在不斷地完善與修正其原理與結構，尤其是近些年來隨著遙感技術的快速發(fā)展、廣泛應用，提高微波接收機的性能、優(yōu)化其結構，對微波通信信號的接收與處理具有關鍵性的影響。針對微波接收機中常見的性能指標展開分析，有助于系統(tǒng)設計師對微波接收機的功能、結構、電路模塊做出明確的判斷與調(diào)整，以確保微波接收機具有優(yōu)良的線性度以及較高的靈敏度。結合對性能指標的分析結果，系統(tǒng)設計師在系統(tǒng)完善與修正過程中，既要對各級電路的工作頻率進行系統(tǒng)性的考量，也要針對微波接收機的總體性能，控制功耗以及線性度、增益等，協(xié)調(diào)好各個電路模塊，以保證性能指標達到預期要求。