射频硬件设计,如何降低设备杂散与谐波输出
杂散、谐波是射频硬件常见指标,射频放大器、频率源等有源设备,非线性效应会产生谐波和杂散信号。如果杂散谐波抑制做的不好,一方面设备本身输出信号质量变差;另一方面杂散信号会向外辐射,干扰系统内部其他接收通道,也会对外干扰外部其他无线设备,在测试仪器、射频感知终端设计中必须重视。

谐波是信号经过非线性器件,产生原始信号整数倍频率分量;杂散是非整数倍的无用频率分量,来源于本振泄露、混频产物、电源调制、数字电路串扰。抑制谐波杂散,需要从电路设计、器件选型、滤波、接地屏蔽多个维度同时入手。
器件选型层面,合理控制器件工作电平,不要让放大器长期工作深度饱和状态。器件进入饱和区,非线性失真急剧增加,谐波会大幅抬升。链路增益预算设计,控制每一级放大器件输出电平,预留回退余量,减少非线性失真。
滤波器是抑制谐波杂散最直接手段,在信号输出端口增加对应频段滤波器,把谐波、已知杂散分量滤除。设计时要注意滤波器带内插损,滤波器不能带来过大信号损耗。多阶滤波器可以获得更高抑制量,但会增加体积和插入损耗,在指标和体积之间做权衡。
电源与接地处理。电源噪声会调制射频信号,产生大量杂散分量。射频部分供电增加多级滤波,数字电路和射频模拟电路分区接地,避免数字噪声耦合进射频通路。数字高速信号做好屏蔽,防止数字信号辐射串入射频链路,形成杂散干扰。
腔体屏蔽隔离设计。本振信号、时钟信号是杂散重要来源,本振电路腔体隔舱隔离,防止本振信号空间辐射泄露,耦合到输出通路。PCB 布局,本振、时钟走线远离射频输出走线。前期电磁仿真,评估信号泄露风险。
设备完成样机之后,需要使用频谱分析仪完整测试全频段谐波杂散指标,查看不同输出功率条件下杂散变化情况。部分设备小信号输出杂散指标合格,大功率输出时杂散急剧恶化,需要多工况测试。成都卓仪微研电子科技有限公司射频放大器、频率源产品研发过程中,严格管控谐波杂散指标,支持针对杂散指标的定制优化。
很多项目调试阶段,只看目标信号功率,忽略杂散谐波。等到整机系统联调,才发现杂散干扰接收机,造成系统工作异常,此时再整改,往往需要修改 PCB 和腔体,改动成本很高。杂散抑制需要在方案设计阶段就纳入考虑,而不是后期补救。



