摘要：目前设计的前端放大电路仅从低噪声放大电路着手，导致安装在短波发射机上的电路运行效率降低，针对这一问题提出短波发射机射频前端放大电路设计与实现。分析短波发射机射频信号传输过程，从前端低噪声放大电路和前端功率放大电路两个方面设计射频前端放大电路，同时计算前端低噪声放大电路的增益、稳定及抗噪声性能指标、前端功率放大电路功率增益、输出及效率性能指标。分别改变短波发射机的工作频率与输入功率，实验结果表明，该设计电路可以提高短波发射机的运行效率，增加信号强度，降低噪声干扰。
关键词：短波发射机；射频前端；放大电路设计；拓扑结构
引言
短波波长为100～10m，相应的频率范围是3～30MHz。基于短波的长度、频率及带宽等特点，可以将其广泛应用于雷达、通信以及定位等领域[1,2]。基于短波的传播方式研发出短波发射机，对无线信号进行调制，增强信号发射功率，提高通信速度[3]。随着短波发射机使用范围的扩大，其在使用过程中会受到电磁干扰，导致发射信号在识别中与实际信号产生偏差，出现信息传递错误等问题[4-6]。基于此，文献[7]通过分析前端电路工作电流和工作过程中的噪声，依据分析结果使用0.18μmSiGe技术在前端电路中集成2.4GHz的前端电路，降低噪声干扰。文献[8]则研究了5G/B5G时代的通信信号，根据5G/B5G时代对短波发射机的需求，利用MIMO系统设计前端电路，以满足5G/B5G时代通信需求。上述方法容易出现运行效率降低的问题，因此提出短波发射机射频前端放大电路设计与实现。
1短波发射机射频前端放大电路设计与实现
在通信过程中，需要通过短波发射机发射无线电信号实现通信信号的传递。发射信号时，短波发射机需要将信号传输至发射机前端放大电路，通过低噪声放大和功率放大装置降低电磁干扰，增强信号功率，实现信号清晰传播[9]。基于此，设计射频前端低噪声放大电路和射频前端功率放大电路，组合实现短波发射机射频前端放大电路。
1.1射频前端低噪声放大电路设
射频前端低噪声放大电路属于一级电路，主要用于增益短波发射机信号[10]。此次设计的射频前端低噪声放大电路重点提高电路的增益、稳定性及抗噪声性能。分析低噪声放大电路功率增益指标受哪些参量的影响，根据短波发射机需要的射频性能，在前端放大电路中设计不同数量的低噪声放大电路。比较不同低噪声放大电路噪声估量值的大小，在串联低噪声放大电路时将噪声估量值小的电路放在噪声估量值大的电路前面，以降低电路内置噪声。
1.2射频前端功率放大电路设计
在前端电路中，设计功率放大电路来放大射频输入信号功率，短波发射机的功率越高越好。基于此，设计射频前端功率放大电路，计算功率增益、输出以及效率等指标，并让这些指标达到最优，从而提高短波发射机性能。此次计算的射频前端功率放大电路指标均用恒包络的正弦信号表示。
1.3短波发射机射频前端放大电路实现
组成的短波发射机射频前端放大电路如图1所示。从图1可以看出，低噪声放大电路和功率放大电路串联在射频前端。当短波发射机处于发射模式，发射信号时需要关闭低噪声放大电路，打开功率放大电路，避免短波发射机产生内置噪声，干扰信号发射。当短波发射机处于接收模式，接收信号时需要关闭功率放大电路，减少信号在接收过程中产生的信号损失。
2实验分析
以正在使用的短波发射机为实验对象，采用对比实验的方式验证此次设计的前端放大电路。比较传统电路与本次设计电路安装在短波发射机中的运行效率。
2.1实验准备
此次实验在实验室中进行，选择的实验测试仪器如表1所示。根据表1所示的前端放大电路测试仪器，将两组对比电路分别安装在此次实验选择的短波发射机中，测试短波发射机的变化，实验结果如下。
2.2实验结果
将短波发射机的输入信号功率设置为-8dBm，调整短波发射机的工作频率，记录两组电路所在短波发射机的输出功率和电源电流值，计算短波发射机的工作效率，实验结果如表2所示。由表2中可知，安装设计电路的短波发射机中电源产生的电流值较高，输出功率偏高且运行效率明显高于传统电路，此次设计电路可以提高短波发射机运行效率。
3结论
此次设计实现的射频前端放大电路充分考虑短波发射机使用过程中存在的问题，重点设计前端放大电路中的低噪声放大电路和功率放大电路，降低信号干扰，提升短波发射机的性能，具有一定的参考价值。
参考文献：
[1]刘诗语.多通道射频接收前端分析与设计技术研究[D].成都：电子科技大学，2020.
[2]黄朋.小型化双通道宽带射频前端设计[J].电子世界，2019（13）：155-156.
[3]程聪.宽频带接收机射频前端设计[D].南京：东南大学，2019.
[4]孙杰.抗干扰高线性射频前端设计[J].中国新通信，2020，22（13）：79.
[5]杨波，闫旭鹏，吴英迪，等.独立数字射频前端测试系统的设计[J].移动通信，2020，44（11）：94-98.
[6]张毅，马兴胜.S波段射频前端小型化的设计与实现[J].太赫兹科学与电子信息学报，2020，18（6）：1147-1150.
[7]刘启，甘业兵，黄武康.一种2.4GHzSiGe全集成射频前端电路[J].微电子学与计算机，2020，37（10）：7-12.
[8]马建国.针对5G/B5G的大规模MIMO系统射频前端设计[J].中兴通讯技术，2020，26（4）：50-57.
[9]董震震，甘业兵，罗彦彬.砷化镓射频前端LNA设计[J].微电子学与计算机，2020，37（7）：16-20.
[10]宋嵩，饶浩，梁显锋.一种宽带零中频接收前端的设计[J].电讯技术，2019，59（12）：1398-1403.
作者：彭暇 单位：国家广播电视总局二〇二二台
关键词：短波发射机；射频前端；放大电路设计；拓扑结构
引言
短波波长为100～10m，相应的频率范围是3～30MHz。基于短波的长度、频率及带宽等特点，可以将其广泛应用于雷达、通信以及定位等领域[1,2]。基于短波的传播方式研发出短波发射机，对无线信号进行调制，增强信号发射功率，提高通信速度[3]。随着短波发射机使用范围的扩大，其在使用过程中会受到电磁干扰，导致发射信号在识别中与实际信号产生偏差，出现信息传递错误等问题[4-6]。基于此，文献[7]通过分析前端电路工作电流和工作过程中的噪声，依据分析结果使用0.18μmSiGe技术在前端电路中集成2.4GHz的前端电路，降低噪声干扰。文献[8]则研究了5G/B5G时代的通信信号，根据5G/B5G时代对短波发射机的需求，利用MIMO系统设计前端电路，以满足5G/B5G时代通信需求。上述方法容易出现运行效率降低的问题，因此提出短波发射机射频前端放大电路设计与实现。
1短波发射机射频前端放大电路设计与实现
在通信过程中，需要通过短波发射机发射无线电信号实现通信信号的传递。发射信号时，短波发射机需要将信号传输至发射机前端放大电路，通过低噪声放大和功率放大装置降低电磁干扰，增强信号功率，实现信号清晰传播[9]。基于此，设计射频前端低噪声放大电路和射频前端功率放大电路，组合实现短波发射机射频前端放大电路。
1.1射频前端低噪声放大电路设
射频前端低噪声放大电路属于一级电路，主要用于增益短波发射机信号[10]。此次设计的射频前端低噪声放大电路重点提高电路的增益、稳定性及抗噪声性能。分析低噪声放大电路功率增益指标受哪些参量的影响，根据短波发射机需要的射频性能，在前端放大电路中设计不同数量的低噪声放大电路。比较不同低噪声放大电路噪声估量值的大小，在串联低噪声放大电路时将噪声估量值小的电路放在噪声估量值大的电路前面，以降低电路内置噪声。
1.2射频前端功率放大电路设计
在前端电路中，设计功率放大电路来放大射频输入信号功率，短波发射机的功率越高越好。基于此，设计射频前端功率放大电路，计算功率增益、输出以及效率等指标，并让这些指标达到最优，从而提高短波发射机性能。此次计算的射频前端功率放大电路指标均用恒包络的正弦信号表示。
1.3短波发射机射频前端放大电路实现
组成的短波发射机射频前端放大电路如图1所示。从图1可以看出，低噪声放大电路和功率放大电路串联在射频前端。当短波发射机处于发射模式，发射信号时需要关闭低噪声放大电路，打开功率放大电路，避免短波发射机产生内置噪声，干扰信号发射。当短波发射机处于接收模式，接收信号时需要关闭功率放大电路，减少信号在接收过程中产生的信号损失。
2实验分析
以正在使用的短波发射机为实验对象，采用对比实验的方式验证此次设计的前端放大电路。比较传统电路与本次设计电路安装在短波发射机中的运行效率。
2.1实验准备
此次实验在实验室中进行，选择的实验测试仪器如表1所示。根据表1所示的前端放大电路测试仪器，将两组对比电路分别安装在此次实验选择的短波发射机中，测试短波发射机的变化，实验结果如下。
2.2实验结果
将短波发射机的输入信号功率设置为-8dBm，调整短波发射机的工作频率，记录两组电路所在短波发射机的输出功率和电源电流值，计算短波发射机的工作效率，实验结果如表2所示。由表2中可知，安装设计电路的短波发射机中电源产生的电流值较高，输出功率偏高且运行效率明显高于传统电路，此次设计电路可以提高短波发射机运行效率。
3结论
此次设计实现的射频前端放大电路充分考虑短波发射机使用过程中存在的问题，重点设计前端放大电路中的低噪声放大电路和功率放大电路，降低信号干扰，提升短波发射机的性能，具有一定的参考价值。
参考文献：
[1]刘诗语.多通道射频接收前端分析与设计技术研究[D].成都：电子科技大学，2020.
[2]黄朋.小型化双通道宽带射频前端设计[J].电子世界，2019（13）：155-156.
[3]程聪.宽频带接收机射频前端设计[D].南京：东南大学，2019.
[4]孙杰.抗干扰高线性射频前端设计[J].中国新通信，2020，22（13）：79.
[5]杨波，闫旭鹏，吴英迪，等.独立数字射频前端测试系统的设计[J].移动通信，2020，44（11）：94-98.
[6]张毅，马兴胜.S波段射频前端小型化的设计与实现[J].太赫兹科学与电子信息学报，2020，18（6）：1147-1150.
[7]刘启，甘业兵，黄武康.一种2.4GHzSiGe全集成射频前端电路[J].微电子学与计算机，2020，37（10）：7-12.
[8]马建国.针对5G/B5G的大规模MIMO系统射频前端设计[J].中兴通讯技术，2020，26（4）：50-57.
[9]董震震，甘业兵，罗彦彬.砷化镓射频前端LNA设计[J].微电子学与计算机，2020，37（7）：16-20.
[10]宋嵩，饶浩，梁显锋.一种宽带零中频接收前端的设计[J].电讯技术，2019，59（12）：1398-1403.
作者：彭暇 单位：国家广播电视总局二〇二二台
收藏