CN101908896B - 一种多频段射频接收机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多频段射频接收机，用于将多个频段的射频载波转换到同一个中频频段上，该多频段射频接收机包括第一混频器(302)、第一中频滤波器(301)、第二混频器(303)、频率综合器(304)和n分频器(305)。射频信号经过两次混频下变频到所需要的中频输出，频率综合器除了给第一混频器提供本振信号外，还要通过一个分频器，给第二混频器提供本振信号。本发明提供的接收机，通过采用灵活的本振频率方案，可以降低多频段射频信号在第一次变频后对滤波器的要求。

Description

一种多频段射频接收机

技术领域

本发明涉及射频接收机技术领域，尤其涉及一种可适用于多模式卫星导航定位系统以及多模式无线通信系统的射频接收机以及适用于他们的变频结构。

背景技术

目前的导航定位市场上，存在这多种模式的定位系统，包括美国的GPS、欧洲的Galileo、俄罗斯的GLONASS以及我国自主研制的北斗，多种模式的导航定位系统对于射频前端的要求就是需要覆盖各种模式的多个频段。同样，对于现在多种模式无线通信系统，接收机的设计也需要满足此类要求。

传统方案中的超外差结构接收机是应用比较广泛的一种系统结构，基本原理如图1所示，射频信号经过放大和下变频转换为一个固定的中频信号输出。这种结构最大的缺点就是一旦存在镜像信号的话，镜像信号就会与本振混频，输出相同的中频，干扰有用信号。解决此干扰的唯一办法就是在下变频前使用镜像滤波器101来抑制镜像信号。但由于这种结构中的中频频率一般比较低，使得镜像滤波器必须达到比较高的抑制率和很高的阶数。为了缓解对镜像滤波器的要求，可以采用二次变频结构，如图2所示，射频信号经过两次变频后转换为固定的中频信号输出。通过对两个本振频率201、202的选取，可以将第一中频的频率设得比较高，这样可以大大缓解对镜像滤波器203的要求。但同时带来的问题是，需要多个元件，尤其是需要两个独立的频率综合器。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为满足接收机模块小型化的要求同时降低对多频段信号对滤波器的要求，本发明的主要目的在于提供一种小型化的多频段射频接收机。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种多频段射频接收机，用于将多个频段的射频载波转换到同一个中频频段上，该多频段射频接收机包括第一混频器302、第一中频滤波器301、第二混频器303、频率综合器304和n分频器305；其中，射频信号经过低噪声放大器和滤波器后，在第一混频器302中与频率综合器304提供的第一本振信号混频，进行第一次下变频，将射频信号转换到第一中频频段上，之后输出给第一中频滤波器301；第一中频滤波器301滤除多频段信号干扰以及因第一混频器302非理想因素而产生的多次杂波，输出给第二混频器303；频率综合器304提供的频率基准信号经过n分频器305后也进入到第二混频器303中，成为第二本振信号；第二混频器303将自第一中频滤波器301输入的第一中频信号与自n分频器305输入的第二本振信号混频，进行第二次下变频，将载波信号转换为中频信号输出。

上述方案中，假设所述射频信号的频率为f_RF，最终输出的中频信号的频率为f_IF，第一中频信号的频率为f_IF1，第一本振信号的频率为f_LO1，第二本振信号的频率为f_LO2，分频器的分频比为n，则上述各频率满足以下关系式：

$f_{\mathrm{LO}1}=\frac{n}{n+1}(f_{\mathrm{RF}}\±f_{\mathrm{IF}})$

$f_{\mathrm{LO}2}=\frac{1}{n+1}(f_{\mathrm{RF}}\±f_{\mathrm{IF}})$

$f_{\mathrm{IF}1}=f_{\mathrm{RF}}-f_{\mathrm{LO}1}=\frac{1}{n+1}{f}_{\mathrm{RF}}\stackrel{\‾}{+}\frac{n}{n+1}{f}_{\mathrm{IF}}.$

上述方案中，所述第一本振信号的选择有两种： $f_{\mathrm{LO}1}=\frac{n}{n+1}(f_{\mathrm{RF}}+f_{\mathrm{IF}})$ 和 $f_{\mathrm{LO}1}=\frac{n}{n+1}(f_{\mathrm{RF}}-f_{\mathrm{IF}}),$ 则在第一本振信号为 $f_{\mathrm{LO}1}=\frac{n}{n+1}(f_{\mathrm{RF}}+f_{\mathrm{IF}})$ 时，所述第一中频信号的频率 $f_{\mathrm{IF}1}=\frac{1}{n+1}{f}_{\mathrm{RF}}-\frac{n}{n+1}{f}_{\mathrm{IF}};$ 在第一本振信号为 $f_{\mathrm{LO}1}=\frac{n}{n+1}(f_{\mathrm{RF}}-f_{\mathrm{IF}})$ 时，所述第一中频信号的频率 $f_{\mathrm{IF}1}=\frac{1}{n+1}{f}_{\mathrm{RF}}+\frac{n}{n+1}{f}_{\mathrm{IF}}.$

上述方案中，当输入的射频信号为多个频段时，需要选择合适的本振信号，使得第一中频信号占据的带宽最小；对于高频段射频信号，频率综合器的基准频率需要设置为

其第一中频频率为

对于低频段射频信号，频率综合器的基准频率需要设置为其第一中频频率为

对于中间频段的射频信号，频率综合器的基准频率的设置只需要使得此时的第一中频频率落在上述的两个第一中频频率之间即可。

上述方案中，所述的多频段信号不被同时接收，通过选择频率综合器的输出的基准频率分时段接收。

(三)有益效果

本发明提供的多频段射频接收机，通过采用灵活的本振频率，可以降低多频段射频信号在第一次变频后对滤波器的要求。

附图说明

图1为现有技术中传统的超外差接收机系统的结构示意图；

图2为现有技术中二次变频的超外差接收机的结构示意图；

图3为本发明提供的小型化二次变频超外差接收机结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图3所示，本发明提供的多频段射频接收机，用于将多个频段的射频载波转换到同一个中频频段上，该多频段射频接收机包括第一混频器302、第一中频滤波器301、第二混频器303、频率综合器304和n分频器305。其中，射频信号经过低噪声放大器和滤波器后，在第一混频器302中与频率综合器304提供的第一本振信号混频，进行第一次下变频，将射频信号转换到第一中频频段上，之后输出给第一中频滤波器301；第一中频滤波器301滤除多频段信号干扰以及因第一混频器302非理想因素而产生的多次杂波，输出给第二混频器303；频率综合器304提供的频率基准信号经过n分频器305后也进入到第二混频器303中，成为第二本振信号；第二混频器303将自第一中频滤波器301输入的第一中频信号与自n分频器305输入的第二本振信号混频，进行第二次下变频，将载波信号转换为中频信号输出。

以输入信号为单频点信号进行分析，射频信号经过低噪声放大器和滤波器后，在第一混频器302中和频率综合器304提供的本振信号进行第一次下变频，之后通过第一中频滤波器301，到达第二混频器303中，同时频率综合器304提供的频率基准信号经过一个n分频器后也进入到第二混频器中，成为本振信号。两个信号相混频，最终输出所要求的中频信号。本发明所述的多频段射频接收机的系统方案包含接收机结构和本振频率规划两部分。

本发明所述的接收机结构(如图3所示)，相比于二次变频的超外差结构(如图2所示)，少了一个频率综合器，取而代之使用一个n分频器。剩下的频率综合器除了为第一混频器提供本振信号，还要通过n分频器将信号n次分频，为第二混频器提供本振信号。

本发明所述的本振频率规划，是当输入的射频信号为多个频段时，需要选择合适的频率综合器输出的基准频率信号，使得第一中频信号占据的带宽最小，减轻第一中频滤波器301的压力。

设射频信号的频率为f_RF，最终输出的中频信号的频率为f_IF，第一中频信号的频率为f_IF1，第一混频器输入的本振信号的频率为f_LO1，第二混频器输入的本振信号的频率为f_LO2，分频器的分频比为n，对于第一混频器302来说，存在f_IF1＝|f_RF-f_LO1|，即有两种形式，f_IF1＝f_RF-f_LO1和f_IF1＝f_LO1-f_RF；对于第二混频器303，存在f_IF＝|f_IF1-f_LO2|，同样也有两种形式，f_IF＝f_IF1-f_LO2和f_IF＝f_LO2-f_IF1；对于分频器，存在f_LO1＝n·f_LO2。出于成本以及最终实现的复杂度的角度考虑，一般选择输出频率比射频信号的频率低的频率综合器方案，因此，在第一混频器这里存在的关系只有：f_IF1＝f_RF-f_LO1。综合考虑整个链路，存在两种频率配置方法，一种是：

$f_{\mathrm{LO}1}=\frac{n}{n+1}(f_{\mathrm{RF}}+f_{\mathrm{IF}})$

$f_{\mathrm{LO}2}=\frac{1}{n+1}(f_{\mathrm{RF}}+f_{\mathrm{IF}})$

$f_{\mathrm{IF}1}=f_{\mathrm{RF}}-f_{\mathrm{LO}1}=\frac{1}{n+1}{f}_{\mathrm{RF}}-\frac{n}{n+1}{f}_{\mathrm{IF}}$

另一种是：

$f_{\mathrm{LO}1}=\frac{n}{n+1}(f_{\mathrm{RF}}-f_{\mathrm{IF}})$

$f_{\mathrm{LO}2}=\frac{1}{n+1}(f_{\mathrm{RF}}-f_{\mathrm{IF}})$

$f_{\mathrm{IF}1}=f_{\mathrm{RF}}-f_{\mathrm{LO}1}=\frac{1}{n+1}{f}_{\mathrm{RF}}+\frac{n}{n+1}{f}_{\mathrm{IF}}.$

当输入是多频段信号时，在本发明所述的接收机结构下，多频段信号通过选择频率综合器的输出的基准频率分时段接收。需要着重考虑的就是第一中频滤波器301的问题，此时，第一中频滤波器301的作用不仅仅是滤除因第一混频器302非理想因素而产生的多次杂波，还要尽量地抑制其他频段的干扰，这使得第一中频滤波器301的带宽要尽可能的窄。但在本发明所述的接收机结构下，在多频段信号输入下，产生的第一中频频率并不固定，因此，可以根据上述的两种频率配置方法，合理地选择频率综合器的频率，使得多频段信号产生的第一中频频率的带宽最小。具体的实施方法如下：

对于高频段射频信号，频率综合器的基准频率需要设置为其第一中频频率为

对于低频段射频信号，频率综合器的基准频率需要设置为

其第一中频频率为

对于中间频段的射频信号，频率综合器的基准频率的设置只需要使得此时的第一中频频率落在上述的两个第一中频频率之间即可。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多频段射频接收机，用于将多个频段的射频载波转换到同一个中频频段上，其特征在于，该多频段射频接收机包括第一混频器(302)、第一中频滤波器(301)、第二混频器(303)、频率综合器(304)和n分频器(305)；

其中，射频信号经过低噪声放大器和滤波器后，在第一混频器(302)中与频率综合器(304)提供的第一本振信号混频，进行第一次下变频，将射频信号转换到第一中频频段上，之后输出给第一中频滤波器(301)；第一中频滤波器(301)滤除多频段信号干扰以及因第一混频器(302)非理想因素而产生的多次杂波，输出给第二混频器(303)；频率综合器(304)提供的频率基准信号经过n分频器(305)后也进入到第二混频器(303)中，成为第二本振信号；第二混频器(303)将自第一中频滤波器(301)输入的第一中频信号与自n分频器(305)输入的第二本振信号混频，进行第二次下变频，将载波信号转换为中频信号输出。

2.根据权利要求1所述的多频段射频接收机，其特征在于，假设所述射频信号的频率为f_RF，最终输出的中频信号的频率为f_IF，第一中频信号的频率为f_IF1，第一本振信号的频率为f_LO1，第二本振信号的频率为f_LO2，分频器的分频比为n，则上述各频率满足以下两组关系式中的任一组：

一组是：

$f_{\mathrm{LO}1}=\frac{n}{n+1}(f_{\mathrm{RF}}+f_{\mathrm{IF}})$

$f_{\mathrm{LO}2}=\frac{n}{n+1}(f_{\mathrm{RF}}+f_{\mathrm{IF}})$

$f_{\mathrm{IF}1}=f_{\mathrm{RF}}-f_{\mathrm{LO}1}=\frac{1}{n+1}{f}_{\mathrm{RF}}-\frac{n}{n+1}{f}_{\mathrm{IF}}$

另一组是：

$f_{\mathrm{LO}1}=\frac{n}{n+1}(f_{\mathrm{RF}}-f_{\mathrm{IF}})$

$f_{\mathrm{LO}2}=\frac{1}{n+1}(f_{\mathrm{RF}}-f_{\mathrm{IF}})$

$f_{\mathrm{IF}1}=f_{\mathrm{RF}}-f_{\mathrm{LO}1}=\frac{1}{n+1}{f}_{\mathrm{RF}}+\frac{n}{n+1}{f}_{\mathrm{IF}}.$

3.根据权利要求1所述的多频段射频接收机，其特征在于，所述第一本振信号的选择有两种： $f_{\mathrm{LO}1}=\frac{n}{n+1}(f_{\mathrm{RF}}+f_{\mathrm{IF}})$ 和 $f_{\mathrm{LO}1}=\frac{n}{n+1}(f_{\mathrm{RF}}-f_{\mathrm{IF}}),$ 则在第一本振信号为 $f_{\mathrm{LO}1}=\frac{n}{n+1}(f_{\mathrm{RF}}+f_{\mathrm{IF}})$ 时，所述第一中频信号的频率 $f_{\mathrm{IF}1}=\frac{1}{n+1}{f}_{\mathrm{RF}}-\frac{n}{n+1}{f}_{\mathrm{IF}};$ 在第一本振信号为 $f_{\mathrm{LO}1}=\frac{n}{n+1}(f_{\mathrm{RF}}-f_{\mathrm{IF}})$ 时，所述第一中频信号的频率 $f_{\mathrm{IF}1}=\frac{1}{n+1}{f}_{\mathrm{RF}}+\frac{n}{n+1}{f}_{\mathrm{IF}}.$

4.根据权利要求1所述的多频段射频接收机，其特征在于，当输入的射频信号为多个频段时，需要选择合适的本振信号，使得第一中频信号占据的带宽最小；对于高频段射频信号，频率综合器的基准频率需要设置为

其第一中频频率为

对于低频段射频信号，频率综合器的基准频率需要设置为

其第一中频频率为

对于中间频段的射频信号，频率综合器的基准频率的设置只需要使得此时的第一中频频率落在上述的两个第一中频频率之间即可。

5.根据权利要求4所述的多频段射频接收机，其特征在于，所述的多频段信号不被同时接收，通过选择频率综合器的输出的基准频率分时段接收。

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