摘要：目前設計的前端放大電路僅從低噪聲放大電路著手，導致安裝在短波發射機上的電路運行效率降低，針對這一問題提出短波發射機射頻前端放大電路設計與實現。分析短波發射機射頻信號傳輸過程，從前端低噪聲放大電路和前端功率放大電路兩個方面設計射頻前端放大電路，同時計算前端低噪聲放大電路的增益、穩定及抗噪聲性能指標、前端功率放大電路功率增益、輸出及效率性能指標。分別改變短波發射機的工作頻率與輸入功率，實驗結果表明，該設計電路可以提高短波發射機的運行效率，增加信號強度，降低噪聲干擾。
關鍵詞：短波發射機；射頻前端；放大電路設計；拓撲結構
引言
短波波長為100～10m，相應的頻率範圍是3～30MHz。基於短波的長度、頻率及帶寬等特點，可以將其廣泛應用於雷達、通信以及定位等領域[1,2]。基於短波的傳播方式研發出短波發射機，對無線信號進行調製，增強信號發射功率，提高通信速度[3]。隨著短波發射機使用範圍的擴大，其在使用過程中會受到電磁干擾，導致發射信號在識別中與實際信號產生偏差，出現信息傳遞錯誤等問題[4-6]。基於此，文獻[7]通過分析前端電路工作電流和工作過程中的噪聲，依據分析結果使用0.18μmSiGe技術在前端電路中集成2.4GHz的前端電路，降低噪聲干擾。文獻[8]則研究了5G/B5G時代的通信信號，根據5G/B5G時代對短波發射機的需求，利用MIMO系統設計前端電路，以滿足5G/B5G時代通信需求。上述方法容易出現運行效率降低的問題，因此提出短波發射機射頻前端放大電路設計與實現。
1短波發射機射頻前端放大電路設計與實現
在通信過程中，需要通過短波發射機發射無線電信號實現通信信號的傳遞。發射信號時，短波發射機需要將信號傳輸至發射機前端放大電路，通過低噪聲放大和功率放大裝置降低電磁干擾，增強信號功率，實現信號清晰傳播[9]。基於此，設計射頻前端低噪聲放大電路和射頻前端功率放大電路，組合實現短波發射機射頻前端放大電路。
1.1射頻前端低噪聲放大電路設
射頻前端低噪聲放大電路屬於一級電路，主要用於增益短波發射機信號[10]。此次設計的射頻前端低噪聲放大電路重點提高電路的增益、穩定性及抗噪聲性能。分析低噪聲放大電路功率增益指標受哪些參量的影響，根據短波發射機需要的射頻性能，在前端放大電路中設計不同數量的低噪聲放大電路。比較不同低噪聲放大電路噪聲估量值的大小，在串聯低噪聲放大電路時將噪聲估量值小的電路放在噪聲估量值大的電路前面，以降低電路內置噪聲。
1.2射頻前端功率放大電路設計
在前端電路中，設計功率放大電路來放大射頻輸入信號功率，短波發射機的功率越高越好。基於此，設計射頻前端功率放大電路，計算功率增益、輸出以及效率等指標，並讓這些指標達到最優，從而提高短波發射機性能。此次計算的射頻前端功率放大電路指標均用恆包絡的正弦信號表示。
1.3短波發射機射頻前端放大電路實現
組成的短波發射機射頻前端放大電路如圖1所示。從圖1可以看出，低噪聲放大電路和功率放大電路串聯在射頻前端。當短波發射機處於發射模式，發射信號時需要關閉低噪聲放大電路，打開功率放大電路，避免短波發射機產生內置噪聲，干擾信號發射。當短波發射機處於接收模式，接收信號時需要關閉功率放大電路，減少信號在接收過程中產生的信號損失。
2實驗分析
以正在使用的短波發射機為實驗對象，採用對比實驗的方式驗證此次設計的前端放大電路。比較傳統電路與本次設計電路安裝在短波發射機中的運行效率。
2.1實驗準備
此次實驗在實驗室中進行，選擇的實驗測試儀器如表1所示。根據表1所示的前端放大電路測試儀器，將兩組對比電路分別安裝在此次實驗選擇的短波發射機中，測試短波發射機的變化，實驗結果如下。
2.2實驗結果
將短波發射機的輸入信號功率設置為-8dBm，調整短波發射機的工作頻率，記錄兩組電路所在短波發射機的輸出功率和電源電流值，計算短波發射機的工作效率，實驗結果如表2所示。由表2中可知，安裝設計電路的短波發射機中電源產生的電流值較高，輸出功率偏高且運行效率明顯高於傳統電路，此次設計電路可以提高短波發射機運行效率。
3結論
此次設計實現的射頻前端放大電路充分考慮短波發射機使用過程中存在的問題，重點設計前端放大電路中的低噪聲放大電路和功率放大電路，降低信號干擾，提升短波發射機的性能，具有一定的參考價值。
參考文獻：
[1]劉詩語.多通道射頻接收前端分析與設計技術研究[D].成都：電子科技大學，2020.
[2]黃朋.小型化雙通道寬頻射頻前端設計[J].電子世界，2019（13）：155-156.
[3]程聰.寬頻帶接收機射頻前端設計[D].南京：東南大學，2019.
[4]孫傑.抗干擾高線性射頻前端設計[J].中國新通信，2020，22（13）：79.
[5]楊波，閆旭鵬，吳英迪，等.獨立數字射頻前端測試系統的設計[J].移動通信，2020，44（11）：94-98.
[6]張毅，馬興勝.S波段射頻前端小型化的設計與實現[J].太赫茲科學與電子信息學報，2020，18（6）：1147-1150.
[7]劉啟，甘業兵，黃武康.一種2.4GHzSiGe全集成射頻前端電路[J].微電子學與計算機，2020，37（10）：7-12.
[8]馬建國.針對5G/B5G的大規模MIMO系統射頻前端設計[J].中興通訊技術，2020，26（4）：50-57.
[9]董震震，甘業兵，羅彥彬.砷化鎵射頻前端LNA設計[J].微電子學與計算機，2020，37（7）：16-20.
[10]宋嵩，饒浩，梁顯鋒.一種寬頻零中頻接收前端的設計[J].電訊技術，2019，59（12）：1398-1403.
作者：彭暇 單位：國家廣播電視總局二〇二二台
關鍵詞：短波發射機；射頻前端；放大電路設計；拓撲結構
引言
短波波長為100～10m，相應的頻率範圍是3～30MHz。基於短波的長度、頻率及帶寬等特點，可以將其廣泛應用於雷達、通信以及定位等領域[1,2]。基於短波的傳播方式研發出短波發射機，對無線信號進行調製，增強信號發射功率，提高通信速度[3]。隨著短波發射機使用範圍的擴大，其在使用過程中會受到電磁干擾，導致發射信號在識別中與實際信號產生偏差，出現信息傳遞錯誤等問題[4-6]。基於此，文獻[7]通過分析前端電路工作電流和工作過程中的噪聲，依據分析結果使用0.18μmSiGe技術在前端電路中集成2.4GHz的前端電路，降低噪聲干擾。文獻[8]則研究了5G/B5G時代的通信信號，根據5G/B5G時代對短波發射機的需求，利用MIMO系統設計前端電路，以滿足5G/B5G時代通信需求。上述方法容易出現運行效率降低的問題，因此提出短波發射機射頻前端放大電路設計與實現。
1短波發射機射頻前端放大電路設計與實現
在通信過程中，需要通過短波發射機發射無線電信號實現通信信號的傳遞。發射信號時，短波發射機需要將信號傳輸至發射機前端放大電路，通過低噪聲放大和功率放大裝置降低電磁干擾，增強信號功率，實現信號清晰傳播[9]。基於此，設計射頻前端低噪聲放大電路和射頻前端功率放大電路，組合實現短波發射機射頻前端放大電路。
1.1射頻前端低噪聲放大電路設
射頻前端低噪聲放大電路屬於一級電路，主要用於增益短波發射機信號[10]。此次設計的射頻前端低噪聲放大電路重點提高電路的增益、穩定性及抗噪聲性能。分析低噪聲放大電路功率增益指標受哪些參量的影響，根據短波發射機需要的射頻性能，在前端放大電路中設計不同數量的低噪聲放大電路。比較不同低噪聲放大電路噪聲估量值的大小，在串聯低噪聲放大電路時將噪聲估量值小的電路放在噪聲估量值大的電路前面，以降低電路內置噪聲。
1.2射頻前端功率放大電路設計
在前端電路中，設計功率放大電路來放大射頻輸入信號功率，短波發射機的功率越高越好。基於此，設計射頻前端功率放大電路，計算功率增益、輸出以及效率等指標，並讓這些指標達到最優，從而提高短波發射機性能。此次計算的射頻前端功率放大電路指標均用恆包絡的正弦信號表示。
1.3短波發射機射頻前端放大電路實現
組成的短波發射機射頻前端放大電路如圖1所示。從圖1可以看出，低噪聲放大電路和功率放大電路串聯在射頻前端。當短波發射機處於發射模式，發射信號時需要關閉低噪聲放大電路，打開功率放大電路，避免短波發射機產生內置噪聲，干擾信號發射。當短波發射機處於接收模式，接收信號時需要關閉功率放大電路，減少信號在接收過程中產生的信號損失。
2實驗分析
以正在使用的短波發射機為實驗對象，採用對比實驗的方式驗證此次設計的前端放大電路。比較傳統電路與本次設計電路安裝在短波發射機中的運行效率。
2.1實驗準備
此次實驗在實驗室中進行，選擇的實驗測試儀器如表1所示。根據表1所示的前端放大電路測試儀器，將兩組對比電路分別安裝在此次實驗選擇的短波發射機中，測試短波發射機的變化，實驗結果如下。
2.2實驗結果
將短波發射機的輸入信號功率設置為-8dBm，調整短波發射機的工作頻率，記錄兩組電路所在短波發射機的輸出功率和電源電流值，計算短波發射機的工作效率，實驗結果如表2所示。由表2中可知，安裝設計電路的短波發射機中電源產生的電流值較高，輸出功率偏高且運行效率明顯高於傳統電路，此次設計電路可以提高短波發射機運行效率。
3結論
此次設計實現的射頻前端放大電路充分考慮短波發射機使用過程中存在的問題，重點設計前端放大電路中的低噪聲放大電路和功率放大電路，降低信號干擾，提升短波發射機的性能，具有一定的參考價值。
參考文獻：
[1]劉詩語.多通道射頻接收前端分析與設計技術研究[D].成都：電子科技大學，2020.
[2]黃朋.小型化雙通道寬頻射頻前端設計[J].電子世界，2019（13）：155-156.
[3]程聰.寬頻帶接收機射頻前端設計[D].南京：東南大學，2019.
[4]孫傑.抗干擾高線性射頻前端設計[J].中國新通信，2020，22（13）：79.
[5]楊波，閆旭鵬，吳英迪，等.獨立數字射頻前端測試系統的設計[J].移動通信，2020，44（11）：94-98.
[6]張毅，馬興勝.S波段射頻前端小型化的設計與實現[J].太赫茲科學與電子信息學報，2020，18（6）：1147-1150.
[7]劉啟，甘業兵，黃武康.一種2.4GHzSiGe全集成射頻前端電路[J].微電子學與計算機，2020，37（10）：7-12.
[8]馬建國.針對5G/B5G的大規模MIMO系統射頻前端設計[J].中興通訊技術，2020，26（4）：50-57.
[9]董震震，甘業兵，羅彥彬.砷化鎵射頻前端LNA設計[J].微電子學與計算機，2020，37（7）：16-20.
[10]宋嵩，饒浩，梁顯鋒.一種寬頻零中頻接收前端的設計[J].電訊技術，2019，59（12）：1398-1403.
作者：彭暇 單位：國家廣播電視總局二〇二二台
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