消除串扰自激的工程应用实例

摘要：在实际工程中，系统在设计加工出来以后，电路结构都已经确定，但是在调试过程中会出现各种问题，要求有大量调试的经验。文章以C波段的接收机的调试为例，给出了几种消除串扰自激的实例应用，从而很好的解决了射频高增益放大器由于串扰信号进入而引起自激的现象，使得系统工作状态正常稳定，为工程实践提出一些经验，借鉴。
关键词：串扰；自激；射频放大器

1 自激的原理
自激振荡是指在没有任何输入的情况下，放大电路也能够输出一定幅度和频率的信号的一种现象。其产生的原理图如图1所示：

当开关处在状态1时，放大电路没有反馈，这时
U0=AuUi (1)
当开关处在状态2时，放大电路有反馈此时
U0=AuUf (2)
如果满足条件Ui=Uf，那么即使开关处在状态2时，这时没有输入信号Ui，电路也会有稳定输出。从下列公式

可以推导出自激产生的条件为：
AuF=1 (4)
即：|Au|∠φA·|F|∠φF=1 (5)
分解为单独的幅度和相位条件就上面的条件就变成两个条件，分别是幅度条件：
|AuF|=1 (6)
相位条件：
φA+φF=±2nπ (7)
这里的n是整数。从振荡的幅度条件可以看出要产生振荡反馈量要足够，而从相位条件则可以看出要形成自激振荡则必要要有正反馈的存在。并且在起振的过程中要满足条件|AuF|>1，而在振荡电路达到稳定状态时则要满足|AuF|=1。而要形成自激振荡，电路本身则需要几个必不可少的环节：首先是放大电路，其次是正反馈网络，选频网络，还有最后的稳幅环节。只有这几个部分同时具备才能够形成能够稳定振荡的电路，这样当电路中有任何扰动信号作为起始信号的时候，就会发生自激振荡。

2 系统实际电路图
如图2所示信号由天线接收下来以后经过滤波器，射频放大器，滤波功分器后进入后续的处理，图中为两路通道。其中放大器工作在5．2GHz到5．8GHz范围内，增益为70dB，噪声系数≤2dB，输入驻波≤1．5，输出驻波≤1．5。由于整个系统结构都设计在15×15 cm的腔体里，空间比较紧密，所以很容易相互影响，在调试中即发现了串扰自激。

3 遇到的问题
在设计调试C波段接收机过程中，文中用到的放大器增益高达70dB，所以即使有很微小的信号进入，当满足幅度与相位的条件是很可能会使放大器发生自激现象，在实际调试巾就发生了这样的情况，如图3所示，从频谱仪看出，出现了一系列的自激信号尤其是频率为5．375 GHz自激信号。

根据自激振荡的原理分析，某个信号必然与放大器链路构成了回路，且满足了幅度与相位条件，所以发生了自激现象。通过观察分析可以知道，由于高增益放大器，滤波功分器都用金属腔体进行了屏蔽，而放大器的供电线用的是通常的塑料线，这种线屏蔽性能较差，从别处泄露来的其他噪声信号可以通过电源线到高增益射频放大器然后形成了正反馈，导致自激产生。

4 解决的方式方法
根据射频放大器自激的有关理论可知：自激振荡主要是由于系统结构布局，PCB布线不合理等造成。由于在射频特性下分布电容及电感会造成寄生反馈，又由于两个放大器输入与输出端口靠的太近，且接地本身不是理想的接地，又因为两个放大器之间用的是同一组供电电源，所以很容易造成信号的串扰，当这些信号满足自激振荡条件时，就会产生正反馈，从而电路发生自激。另外腔体空间比较小当加入盖板时候，空间的辐射不能被很好吸收，也会进入放大器，从而产生串扰信号。可能的串扰信号来源分析具体如图4所示：

根据微波射频电路板设计原则，首先我们对PCB板进行了改版，电路板上就近接地，并大面积铺地，这样子可以使一些信号直接入地，如图5、图6所示。

再次更换放大器供电的电源线，采用金属屏蔽线，以及在实际的电源走线与地之间加入不同电容。这种屏蔽线防止非直流信号进入信号放大器，即消除了外界干扰信号的进入，如图7所示。

最后我们在金属腔体的盖板上加入吸波材料，如图这样空间泄露辐射的信号可以非常好的被吸收，从而可以消除串扰自激。经过改版，最终使的系统正常工作。如图8所示：

4 结束语
本文从工程实际出发，对系统中产生的信号的串扰自激，通过对PCB电路进行大面积就近接地，采用金属屏蔽电源线，在电源附近加电容以及应用吸波材料对于扰噪声信号进行吸收，进而很好的消除自激信号。具有非常好的可操作性，可以应用在大量的工程实践。