（通信與信息系統(tǒng)專業(yè)論文）超寬帶通信定位系統(tǒng)射頻電路研究.pdf

摘要 超寬帶 u l t r a w i d e b a n d u w b 技術(shù)是一種具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ男滦蜔o線通信 技術(shù) 具有高速率 低功耗 抗多徑能力強等特性 但其廣泛應(yīng)用受到包括超寬 帶射頻電路器件不成熟等物理條件的限制 因此 研究并提高超寬帶通信射頻電 路性能 對u w b 通信技術(shù)應(yīng)用具有重要意義 本文以超寬帶接收機射頻電路研究為重點 對其原理圖和主要鏈路參數(shù)進行 了設(shè)計 同時設(shè)計出了一種性能優(yōu)良的超寬帶低噪聲放大器 本文主要研究成果 如下 l 在介紹無線電接收機結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上 分析比較了這幾種接收機的優(yōu)缺點 提出了一種超寬帶通信接收機結(jié)構(gòu)框圖 2 完成了u w b 通信接收機射頻電路原理圖設(shè)計 在對接收機各個模塊電路 進行了功能分析的基礎(chǔ)上 完成了增益分配 噪聲性能設(shè)計 器件選型等 3 設(shè)計了一種3 2 5 g h z 3 7 5 g h z 頻段的低噪聲放大器 并利用s e r e n a d e 軟件 對其進行了仿真和優(yōu)化 仿真結(jié)果證明了該放大器具有噪聲系數(shù)低 增益高 結(jié) 構(gòu)簡單的優(yōu)良性能 關(guān)鍵字 超寬帶射頻電路低噪聲放大器接收機 a b s t r a c t u l t r aw i d e b a n d u w b t e c h n o l o g yh a sg r e a tp o t e n t i a l si nw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n l i t l li t sc h a r a c t e r i s t i c so fh j l g hd a t ar a t e s l o wp o w e rc o n s u m p t i o na n dt h es t r o n g m u l t i p a t h r e s i s t e da b i l i t y e t c b u t i t sw i d e s p r e a da p p l i c a t i o nh a sb e e nr e s t r i c t e d i n c l u d i n gp r e m a t u r eu l t r a w i d e b a n dr fc i r c u i td e v i c e sa n do t h e rp h y s i c a lc o n d i t i o n s t h e r e f o r e i ti s o fg r e a ts i g n i f i c a n c ef o rt h eu w bc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y a p p l i c a t i o n st os t u d ya n di m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo fu w b r fc i r c u i t t l l i st h e s i sc o n c e n t r a t e so ns t u d y i n gt h er fc i r c u i to fu l t r a w i d e b a n dr e c e i v e ra n d m a k e sr e s e a r c hi nt h es c h e m a t i ca n dp r i m a r yl i n kp a r a m e t e r s m e a n w h i l e ag o o d p e r f o r m a n c eo f t h eu l t r a w i d e b a n dl o w n o i s ea m p l i f i e ri sd e s i g n e d 1 1 艙m a i n c o n t r i b u t i o n so ft h et h e s i sa l ea sf o l l o w s 1 t i l i st h e s i si n t r o d u c e st h er a d i or e c e i v e rs t r u c t u r ea n dm a k e sa n a l y s i so fi t s s t r e n g t h sa n dw e a k n e s s e s a n dau w b r e c e i v e rb l o c kd i a g r a mi sp r o p o s e d 2 ak i n do fr fc i r c u i ts c h e m a t i co fu w bc o m m u n i c a t i o nr e c e i v e ri sd e s i g n e d m e a n w h i l e t h ed i s t r i b u t i o no ft h eg a i n t h ed e s i g no fn o i s ep e r f o r m a n c ea n dd e v i c e s e l e c t i o na r ec o m p l e t e db a s e do nt h ef u n c t i o n a la n a l y s i so fe a c hm o d u l ei nt h er e c e i v e r c i r c u i t r y 3 ak i n do fl n ac o v e r i n gt h ef r e q u e n c yr a n g i n gf r o m3 2 5 g h zt o3 7 5 g h zi s d e s i g n e d i ti sp r o v e dt h a tt h el n a 析t hi t sc h a r a c t e r i s t i c so fl o wn f h i g hg a i na n d s i m p l ec o n f i g u r a t i o nb yt h es i m u l a t i o na n do p t i m i z a t i o n 誦t 1 1s e r e n a d e k e y w o r d u l t r a w i d e b a n d r fc i r c u i tl o wn o i s ea m p l i f i e rr e c e i v e r 創(chuàng)新性聲明 本人聲明所呈交的論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及所取得的研 究成果 盡我所知 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外 論文中 不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果 也不包含為獲得西安電子科技大學(xué) 或其它教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料 與我一同工作的同志對本研究所 做的任何貢獻均已在論文中做了明確的說明并表示了謝意 申請學(xué)位論文與資料若有不實之處 本人承擔(dān)一切的相關(guān)責(zé)任 本人簽名 霧業(yè)柏日期絲蘭 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明 本人完全了解函安電子科技大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定 即 研究 生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬西安電子科技大學(xué) 學(xué)校有權(quán)保 留送交論文的復(fù)印件 允許查閱和借閱論文 學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi) 容 可以允許采用影印 縮印或其它復(fù)制手段保存論文 同時本人保證 畢業(yè)后 結(jié)合學(xué)位論文研究課題再攥寫的文章一律署名單位為西安電子科技大學(xué) 本學(xué)位論文屬于 在一年解密后適用本授權(quán)書 本人簽名 導(dǎo)師簽名 架之群 日期 三 三 日期 礎(chǔ)觸 第一章緒論 第一章緒論 1 1u w b 通信 定位發(fā)展歷史與現(xiàn)狀 超寬帶 l 5 l 技術(shù)是一種高速率 低成本和低功耗的新型無線通信技術(shù) 超寬帶 的概念首先由美國軍方于1 9 9 0 年提出 其定義為信號的相對帶寬大于2 5 的任何 波形 4 這里 信號的相對帶寬是指2 扣一丘 偽 丘 其中 掃表示信號高端 頻率 五表示信號低端頻率 力一正 表示信號帶寬 即 信號的相對帶寬 掣 r 二絲 o 2 5 1 1 h 3 l1 c 式 1 1 中 乃 力 4 2 為信號的中心頻率 2 0 0 2 年4 月 美國f c c 給出了超寬帶的兩種定義 l 第一種定義對軍方的定 義作了兩點修改 一是信號的帶寬是指 1 0 d b 帶寬 即 r 和 壓分別表示超寬帶信 號頻譜中低于信號最大值 包括天線的影響 1 0 d b 處的高端和低端頻率 二是信 號的相對帶寬大于 等于o 2 第二種定義是信號的 1 0 d b 帶寬大于或等于5 0 0 m h z 而不管相對帶寬是多少 u w b 系統(tǒng)具有超寬的帶寬 這使得它與某些現(xiàn)有的通信系統(tǒng)的頻譜相互重 疊 圖1 1 所示即為u w b 系統(tǒng)與現(xiàn)有的一些通信系統(tǒng)頻譜相互重疊的圖示 u w b 與窄帶系統(tǒng)頻譜重疊圖示 一 望 乏 e 刁 礙 罄 雜 罌 舊 剞 校 如 頻率 g 圖1 1u w b 與窄帶系統(tǒng)頻譜重疊圖示 目前針對u w b 系統(tǒng)與窄帶系統(tǒng)之間的相互干擾問題已經(jīng)作了不少工作睜1 2 超寬帶通信 定位系統(tǒng)射頻電路研究 總體來看 由于u w b 系統(tǒng)發(fā)送功率的限制 除空間距離非常接近 三維空間內(nèi)存 在多個u w b 發(fā)射機等特殊情況外 它對于窄帶系統(tǒng)的影響較小 而窄帶系統(tǒng)對它 的影響則比較大 針對窄帶系統(tǒng)的影響使得u w b 系統(tǒng)性能惡化程度較大這種情 況 文獻 1 2 3 0 提出了多種窄帶干擾抑制方法 與傳統(tǒng)的窄帶通信系統(tǒng)不同 u w b 通信技術(shù)具有占用帶寬極大 功率譜密度 很低等特點 這使得u w b 技術(shù)具備諸多特點 可歸納為如下幾個方面 1 大信道容量和高速數(shù)據(jù)傳輸 根據(jù)經(jīng)典的香農(nóng)公式 c 蚓 熹 m 2 c 表示信道容量 s n n 分別表示信號和噪聲功率 該式表明增加信號帶寬可 以提高信道容量 由于u w b 帶寬很大 意味著u w b 通信系統(tǒng)能獲得較大的信道容 量 且?guī)捲黾邮沟眯诺廊萘康脑黾舆h大于信號功率提高所帶來的效應(yīng) 因此u w b 非常適合于高速率的無線傳輸 2 多徑分辨力強 在時域上 u w b 信號采用脈沖僅為n s 級的窄脈沖通信 因 此多徑傳播時具有很高的時間分辨率 常規(guī)窄帶信號的持續(xù)時間一般大于多徑時 延擴展 多徑分量會互相交疊而形成嚴重的多徑衰落 而u w b 脈沖信號持續(xù)很短 這種可分辨的多徑分量不會相互疊加 因此 多徑衰落不像窄帶系統(tǒng)那樣嚴重 從頻域上看 u w b 帶寬很大 會出現(xiàn)頻率選擇性衰落 但僅在整個帶寬的某些頻 點出現(xiàn) 衰減的能量是總能量的很小部分 另外 由于多徑可分辨 易于采用r a k e 接收技術(shù)來提高系統(tǒng)性能 3 具備隱蔽性 抗干擾能力和共存通信能力 u w b 信號在發(fā)射時將微弱的無 線電脈沖信號分散在寬闊的頻帶中 輸出功率甚至低于普通設(shè)備產(chǎn)生的噪聲 因 此u w b 信號具備隱蔽性和低截獲能力 l p d l o wp r o b a b i l i t yo f d e t e c t i o n 適用于 軍事通信和重疊通信等應(yīng)用 同時 與u w b 帶寬相比 窄帶系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾都在 較小的帶寬內(nèi) 使得u w b 系統(tǒng)抗干擾能力較強 而對u w b 功率譜密度的限定使其 對現(xiàn)有系統(tǒng)的干擾也較小 因此u w b 通信系統(tǒng)能與現(xiàn)有系統(tǒng)較好的共存 4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單 設(shè)備功耗低 基于脈沖方式的u w b 通信系統(tǒng) 無需采用傳 統(tǒng)窄帶系統(tǒng)的射頻載波電路 簡化了復(fù)雜的調(diào)制解調(diào)電路 因此系統(tǒng)復(fù)雜度大為 降低 能減小收發(fā)端設(shè)備的體積和成本 u w b 信號只是發(fā)出瞬間脈沖電波 脈沖 持續(xù)時間很短 一般在2 n s 以內(nèi) 并且占空比很小 因此u w b 設(shè)備功耗低 電磁波 輻射對人體的影響也很小 5 測距定位精度高 無線信號的距離分辨力與信號的帶寬有直接關(guān)系 由于 信號的寬帶特性 u w b 系統(tǒng)的距離分辨精度要比現(xiàn)有無線系統(tǒng)高的多 u w b 采用 的脈沖寬度為納秒或亞納秒級 在理論上可以達到厘米級甚至毫米級的測距定位 精度 在精確定位應(yīng)用中具有極大潛力 此外 u w b 系統(tǒng)能完成定位與短距離高 第一章緒論 3 速通信的融合 這極大地擴展了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍 其他如微波 毫米波雷達 超聲 波 紅外和激光都可用于定位 和這些技術(shù)相比 u w b 定位技術(shù)能夠完成復(fù)雜場 景下定位 如多徑傳播 遮擋環(huán)境等 并能支持移動性 6 良好的穿透能力 在具有相同帶寬的無線信號中 超寬帶信號中富含低頻 分量 因此相對于毫米波和紅外等信號具有更強的穿透能力 有實驗系統(tǒng)表明 u w b 無線技術(shù)具有很強的穿透樹葉和障礙物的能力 有希望填補常規(guī)超短波信號 在叢林中不能有效傳播的空白 這一特點為u w b 在復(fù)雜場景下的通信定位提供了 有力支持 同時使得u w b 技術(shù)能廣泛應(yīng)用于透墻成像 探地雷達和醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng) 域 7 靈活的多址和組網(wǎng)能力 u w b 無線系統(tǒng)發(fā)送占空比很低的窄脈沖 可采用 跳時 t h 和擴頻等方式實現(xiàn)靈活的多址功能 這也提高了用戶數(shù)量 此外 u w b 滿足低成本 低功耗的設(shè)計要求 適合于多種網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)時的物理層應(yīng)用技術(shù) 以 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) w s n 為例 u w b 技術(shù)可以很好的解決其關(guān)于體積 成本和功耗 的難題 特別適合于微小傳感器節(jié)點的需求 我國一直非常重視這項革命性的技術(shù) 在2 0 0 1 年9 月初發(fā)布的 十五 國家8 6 3 計劃通信技術(shù)主題研究項目中 首次將 超寬帶無線通信關(guān)鍵技術(shù)及其共存與兼容 技術(shù) 作為無線通信共性技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)的研究內(nèi)容 鼓勵國內(nèi)學(xué)者加強這方面的 研究工作 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)無線網(wǎng)絡(luò)通信實驗室成功地進行了基于脈沖超寬帶 技術(shù)的無線傳輸演示 極窄脈沖信號穿越兩堵磚墻和一個走廊 將一問實驗室內(nèi) 的視頻圖像傳送到另外一問實驗室 這是中國國內(nèi)首次報道自主研發(fā)的i r u w b 系 統(tǒng)實現(xiàn)無線傳輸演示 2 0 0 4 年5 月在北京 海爾集團和飛思卡爾成功地展示了相距 4 0 i n c h 的手提攝錄機與等離子平面電視機之間采用d s u w b 技術(shù)進行的無線連接 這是市場首度采用d s u w b 融入家庭影音設(shè)備的全功能模式 這證明了u w b 技術(shù) 在手持設(shè)備上應(yīng)用的可行性 目前美國的x t r e m e s p e c t r u m 公司已有商業(yè)化的u w b 通信芯片組出售 t i m e d o m a i n 公司已經(jīng)推出三代u w b 通信芯片p u l s o n 而已推出過兩代u w b 通信芯片 的與t i 和i n t e l 公司結(jié)盟的w i s a i r 公司也宣布制成了采用o f d m 技術(shù)的u w b 射頻芯 片 1 2 射頻 微波研究的核心問題 對于u w b 技術(shù)的應(yīng)用來說 由于其超寬帶以及功率限制等因素的影響 其射 頻電路的研究是一個重難點問題 作為貫穿射頻 微波工程的三大核心指標(biāo)頻率 阻抗和功率 它們能形象地反映射頻 微波工程的基本內(nèi)容 這三方面既有獨立特 性 又相互影響 三者的關(guān)系如圖1 2 所示 4 超寬帶通信 定位系統(tǒng)射頻電路研究 圖1 2 頻率 阻抗和功率的鐵三角關(guān)系 這三個方面涵蓋了射頻 微波工程中的全部內(nèi)容 下面給出對它們的解釋 1 2 1 頻率 頻率是射頻 微波工程中最基本的一個參數(shù) 對應(yīng)于無線系統(tǒng)所工作的頻譜范 圍 也規(guī)定了所研究的微波電路的基本前提 進而決定微波電路的結(jié)構(gòu)形式和器 件材料 直接影響射頻 微波信號頻率的主要電路有 1 信號產(chǎn)生器 用來產(chǎn)生特定頻率的信號 如點頻振蕩器 機械調(diào)諧振蕩器 頻率合成器等 2 頻率變換器 將一個或兩個頻率的信號變?yōu)榱硪粋€所希望的頻率信號 如 分頻器 變頻器 倍頻器 混頻器等 3 頻率選擇電路 在復(fù)雜的頻譜環(huán)境中 選擇所關(guān)心的頻譜范圍 經(jīng)典的頻 率選擇電路是濾波器 如低通濾波器 帶通濾波器 高通濾波器和帶阻濾波器等 近年來發(fā)展起來的高速電子開關(guān)由于體積小 在許多方面取代了濾波器來實現(xiàn)頻 率選擇 1 2 2 功率 功率用來描述射頻 微波信號的能量大小 所有電路或系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)都是實 現(xiàn)射頻 微波能量的最佳傳遞 影響射頻 微波信號功率的主要電路有 第一章緒論 5 1 衰減器 控制射頻 微波信號功率的大小 通常由有耗材料構(gòu)成 有固定衰 減量和可調(diào)衰減量之分 2 功分器 將一路射頻 微波信號分成若干路的組件 可以是等分的 也可以 是比例分配的 希望分配后信號的損失盡可能小 功分器也可以用作功率合成器 在各個支路口接同頻同相等幅信號 在主路疊加輸出 3 耦合器 定向耦合器是一種特殊的分配器 通常是耦合 d 部分功率到支 路 用以檢測主路信號的工作狀態(tài)是否正常 分支線耦合器和環(huán)形橋耦合器可實 現(xiàn)不同相位的功率分酉己 合成 配合微波三極管 完成多種功能微波電路 如混頻 變頻 移相等 4 放大器 提高射頻 微波信號功率的電路 在射頻 微波工程中地位極為重要 用于接收的是小信號放大器 該類放大器著重要求低噪聲 高增益 用于發(fā)射的 是功率放大器 對于該類放大器 為了滿足要求的輸出功率 可以不惜器件和電 源的成本 用于測試儀器的放大器 完善和豐富了儀器的功能 1 2 3 阻抗 阻抗是在特定的頻率下 描述各種射頻 微波電路對微波信號能量傳輸影響的 一個參數(shù) 電路的材料和結(jié)構(gòu)對工作頻率的響應(yīng)決定電路阻抗參數(shù)的大小 工程 實際中 應(yīng)設(shè)法改進阻抗特性 實現(xiàn)能量的最大傳輸 所涉及的射頻 微波電路有 1 阻抗變換器 增加合適的元件或結(jié)構(gòu) 實現(xiàn)一個阻抗向另一個阻抗的過渡 2 阻抗匹配器 一種特定的阻抗變換器 實現(xiàn)兩個阻抗之間的匹配 3 天線 一種特定的阻抗匹配器 實現(xiàn)射頻 微波信號在封閉傳輸線和空氣媒 體之間的匹配傳輸 1 3 課題意義及主要研究的問題 無線通信技術(shù)是當(dāng)前發(fā)展最迅速 最具活力的技術(shù)領(lǐng)域之一 在這個領(lǐng)域中 各種新技術(shù) 新方法層出不窮 其中超寬帶 u l t r a w i d e b a n d u w b 技術(shù)是在2 0 世 紀9 0 年代以后發(fā)展起來的一種具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ男滦蜔o線通信技術(shù) 目前超寬 帶技術(shù)以其高速率 低功耗等特性正受到通信學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的重視 并將獲得日 益廣泛的應(yīng)用 因此 研究并提高超寬帶通信射頻電路性能 對無線通信的發(fā)展 具有重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實意義 1 4 本論文的結(jié)構(gòu)安排 本文以超寬帶接收機射頻電路研究為重點 完成了射頻電路原理圖設(shè)計 并 解決了系統(tǒng)整體增益等的分配問題 同時以射頻接收前端的關(guān)鍵器件低噪聲放大 6 超寬帶通信 定位系統(tǒng)射頻電路研究 器為研究對象 在系統(tǒng)分析超寬帶接收機射頻電路結(jié)構(gòu)及其性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上 根據(jù)低噪聲放大器的工作原理與技術(shù)參數(shù)設(shè)計了一種性能優(yōu)良的超寬帶低噪聲放 大器 第一章 敘述了u w b 通信 定位發(fā)展歷史與現(xiàn)狀以及射頻 微波研究的核心內(nèi) 容 第二章 介紹了無線電射頻接收機的各種結(jié)構(gòu) 同時說明了它們各自的優(yōu)缺 點 第三章 針對u w b 信號特點 對其接收機射頻電路結(jié)構(gòu)進行了詳盡的研究 完成了其原理圖設(shè)計 解決了增益分配 噪聲性能設(shè)計 器件選型等 第四章 對低噪聲放大器進行了理論分析 同時設(shè)計出了一種3 2 5 3 7 5 g h z 的低復(fù)雜度u w b l n a 并對其進行了分析和仿真 第五章 對全文的研究進行了總結(jié)并對未來的工作進行了展望 第二章無線電接收機結(jié)構(gòu) 7 第二章無線電接收機結(jié)構(gòu) 2 1 超外差式接收機 超外掣3 1 1 s u p e rh e t e r o d y n e 式接收機是傳統(tǒng)的接收機結(jié)構(gòu) 在信號處理過 程中使用中頻 因此又稱為中頻接收機 超外差體系結(jié)構(gòu)由a n n s 仃o n 9 1 9 1 7 年提出 自問世以來已被廣泛采用 圖2 1 為超外差接收機結(jié)構(gòu)框圖 l p f 圖2 1 超外差式接收機結(jié)構(gòu) 通過結(jié)構(gòu)圖 我們可以看出超外差式接收機是通過變頻 一次或多次 將射 頻已調(diào)信號變頻到易處理的中頻上 最終對中頻已調(diào)信號進行放大 濾波和解調(diào) 目前 超外差式接收機已經(jīng)具有了成熟的理論基礎(chǔ)和豐富的實踐應(yīng)用背景 它具有一系列優(yōu)點如 可進行細分的增益控制 接收動態(tài)范圍大 具有最寬 的通道帶寬 適合做寬帶接收機 具有高選擇性 低的噪聲特性 超外差式接收 機具有很高的鄰道選擇性和接收靈敏度 需要有預(yù)選濾波器和中頻濾波器 可以 抑制很強的干擾 超外差式接收機受v q 信號不平衡度影響小 不需要復(fù)雜的直流 消除電路 但由于需要應(yīng)用到兩個以上的本振 多級濾波 因此其功耗和復(fù)雜度 比較高 成本高而集成度相對來說不高 2 2 零中頻接收機 零中頻接收機1 3 2 3 4 l z e r o i fr e c e i v e r s 也稱為零差接收 h o m o d y n er e c e i v e r s 或直接轉(zhuǎn)換接收機 d i r e c t c o n v e r s i o nr e c e i v e r s 該體系接收機l o 與有用i 心信道 的頻率相同 即接收機的中頻i f 為零 直接把射頻頻譜下變頻到基帶 然后在基帶 內(nèi)使用低通濾波器抑制干擾 選擇信道 如圖2 2 所示 8 超寬帶通信 定位系統(tǒng)射頻電路研究 l p f s 1 n 國 圖2 2 零中頻接收機結(jié)構(gòu) 由于零中頻接收機在下變頻過程中不需要經(jīng)過中頻 所以它不存在鏡像頻率 干擾 相對于超外差式接收機 零中頻接收機不需要鏡像抑制濾波器以及中頻濾 波器 因此可以說它是目前集成度最高的一種接收機 體積小 成本也很低 但 是如果到了v h f 頻段設(shè)計零中頻接收機將變得非常復(fù)雜 困難 因為頻率越高 i q 解調(diào)器所用到的本振很難做到正交 頻率也很難做到很準確 一個解決辦法就 是增加a f c 電路 自動控制本振頻率 另外 由于系統(tǒng)所需的電路模塊及外部節(jié) 點數(shù)減少 降低了接收機所需的功耗并減少了射頻信號受外部干擾的機會 不過和其它結(jié)構(gòu)的接收機相比 零中頻也存在i q 失配 本振泄露 直流偏差 閃爍噪聲等問題 2 2 1i q 失配 采用零中頻方案進行數(shù)字通信時 如果同相和正交兩支路不一致 例如混頻 器的增益不同 兩個本振信號相位差不是嚴格的9 0 0 這樣就會引起基帶信號的變 化 即產(chǎn)生i q 失配問題 以前它曾是數(shù)字設(shè)計時的主要障礙 但是隨著集成度的 提高 i q 失配可以通過電路設(shè)計等方面來改進 設(shè)計時應(yīng)引起足夠的重視 2 2 2 本振泄漏和直流偏移 l o 泄漏 第二章無線電接收機結(jié)構(gòu) 9 圖2 3 本振泄漏不意圖 如上圖2 3 給出了零中頻本振泄漏的示意圖 零中頻結(jié)構(gòu)接收機中 在混頻器 的輸入端 信號頻率和本振信號頻率相同 如果混頻器兩個端口的隔離度不高 本振信號就很容易從混頻器的射頻口輸出 再經(jīng)過低噪聲放大器泄漏到天線 輻 射到空間 對鄰道形成干擾 同樣泄漏的信號又可以分別從低噪聲放大器的輸出 端 天線反射回來 進入混頻器的射頻輸入端口 它和本振端口進入的本振信號 相混頻 差頻為零 即直流 同樣 進入低噪聲放大器的強干擾信號也會由于混 頻器的端口隔離度不高的原因而漏入本振端口 反過來和射頻端口來的強干擾信 號混頻 差頻也為直流 這些直流信號將疊加到基帶信號上 并對基帶信號形成 干擾 稱之為直流偏移 直流偏移往往比射頻前端的噪聲還要大 同時大的直流 偏移可能使混頻器后面的各級放大器飽和 無法放大有用信號 2 2 3 閃爍噪聲 有源器件內(nèi)的閃爍噪聲又稱為噪聲 是零中頻接收機中主要的噪聲源 其大 小隨著頻率的降低而增加 主要集中在低頻段 與雙極性晶體管相比 場效應(yīng)晶 體管的噪聲要大得多 閃爍噪聲對搬移到零中頻的基帶信號產(chǎn)生干擾 降低信噪 比 通常零中頻接收機的大部分增益放在基帶級 射頻前端部分的低噪聲放大器 與混頻器的典型增益大約為3 0 d b 因此有用信號經(jīng)下變頻后的幅度僅為幾十微伏 噪聲的影響十分嚴重 因此 零中頻結(jié)構(gòu)中的混頻器不僅設(shè)計成有一定的增益 而且設(shè)計時應(yīng)盡量減小混頻器的噪聲 由以上的分析可知 如何消除直流偏移是零中頻接收機設(shè)計時要重點注意的 問題 為此 可以采取兩種方法 諧波混頻和交流耦合 2 2 4 諧波混頻 l ol e a k a g e r fs i n g 面h a r m o n i cm i x e r b bs i n g a l o 乞名f 乞 0 2 圖2 4 諧波混頻器工作原理 諧波混頻工作原理如圖2 4 所示 本振信號頻率選為射頻信號頻率的一半 混 頻器使用本振信號的二次諧波與輸入的射頻信號進行混頻 由本振泄漏引起的自 1 0 超寬帶通信 定位系統(tǒng)射頻電路研究 混頻將產(chǎn)生一個與本振信號同頻率的交流信號 但不產(chǎn)生直流分量 從而有效地 抑制了直流偏差 下圖2 5 給出一個c m o s 諧波混頻器 本振信號的二次諧波可通過c m o s 晶體管 固有的平方律特性得到 v d d 圖2 5c m o s 諧波混頻器 晶體管m 3 和m 4 組成的電路將差分本振電壓v l o 和v l o 轉(zhuǎn)換為具有二次諧波 的時變電流 本振信號的基頻和奇次諧波在漏極連接處被抵消 產(chǎn)生諧波混頻器 所需的本振信號的二次諧波電流 實現(xiàn)諧波混頻 2 2 5 交流耦合 將下變頻后的基帶信號用電容隔直流的方法耦合到基帶放大器 以此消除直 流偏差的干擾 對于直流附近集中了比較大能量的基帶信號 這種方法會增加誤 碼率 不宜采用 因此減少直流偏差干擾的有效方法是將欲發(fā)射的基帶信號進行 適當(dāng)?shù)木幋a并選擇合適的調(diào)制方式 以減少基帶信號在直流附近的能量 此時可 以用交流耦合的方法來消除直流偏差而不損失直流能量 缺點是要用到大電容 增大了芯片的面積 2 3 低中頻接收機 低中頻接收機是把射頻信號變頻到一個接近直流的低頻信號 其結(jié)構(gòu)如圖2 6 所示 相對于零中頻接收機 這樣就避免了直流偏移對信號的干擾 同時還比較 第二章無線電接收機結(jié)構(gòu) 容易實現(xiàn)載波恢復(fù) 而相比較于超外差式接收機 它不需要高頻的帶通濾波器 并且集成度高 體積小 功耗更低 但是 由于將下變頻信號從基帶轉(zhuǎn)變成了低頻信號 因此低中頻接收機對i q 不平衡度很敏感 這就需要i q 雙路信號精確的匹配 同時在低中頻接收機中 鏡 像信號可能比有用信號強很多 因此它也需要很強的鏡像抑制 另外 低中頻接收機對中頻的選擇有一定限制 一方面 中頻要盡量高一些 以減小直流偏差和閃爍噪聲的干擾 另一方面 為了減小接收信號的動態(tài)范圍 中頻頻率越低越好 所以兩者之間存在權(quán)衡 c o s 緞 0 1 圖2 6 低中頻接收機結(jié)構(gòu) 2 4 鏡像抑制接收機 b p f h a r t l e y 和w e a v e r 接收機都是鏡像抑制接收機 即使不使用鏡像抑制濾波器 接收機結(jié)構(gòu)本身也能對鏡像信號進行一定的抑制 h a r t l e y 接收機在正交下變頻后 使用r c 移相網(wǎng)絡(luò)將兩路信號分別移相9 0 0 在 輸出端通過相加或相減消除鏡像信號 得到需要的信號 由于r c 移相網(wǎng)絡(luò)對失配 很敏感 鏡像抑制的精度有限 且大的電阻和電容也無法實現(xiàn)片上集成 所以該 結(jié)構(gòu)很少被使用 w e a v e r 接收機的工作原理與h a r t l e y 接收機類似 也是通過兩路信號的相移和 加減 實現(xiàn)對鏡像信號的抑制 它使用兩個混頻器代替了r c 移相網(wǎng)絡(luò) 由于混頻 器的匹配優(yōu)于r c 網(wǎng)絡(luò) 且易于集成 所w e a v e r 接收機優(yōu)于h a r t l e y 接收機 w e a v e r 結(jié)構(gòu)自身也存在不足之處 1 兩路信號的正交下變頻同樣對失配比較 敏感 當(dāng)需要高精度的匹配時 必須使用大尺寸的有源混頻器或無源混頻器 前 者增加了電路的面積和功耗 后者則會帶來增益損耗 影響接收機的噪聲性能 2 該結(jié)構(gòu)只能抑制相對于第一本振的鏡像信號 當(dāng)最后的輸出不在基帶時 無法抑 制相對于第二本振的鏡像信號 通常 使用無源多相濾波器來濾除該鏡像信號 但這會使接收機的噪聲性能惡化 1 2 超寬帶通信 定位系統(tǒng)射頻電路研究 2 5 本章小結(jié) 本章主要介紹了幾種接收機結(jié)構(gòu) 包括超外差式接收機 零中頻接收機 低 中頻接收機和鏡像抑制接收機等 并分析了它們各自的優(yōu)缺點 為下一步u w b 通 信接收機射頻電路設(shè)計作好了準備 第三章u w b 通信 定位接收機射頻電路設(shè)計l3 第三章u w b 通信 定位接收機射頻電路設(shè)計 3 1u w b 鏈路預(yù)算及其接收機結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計 3 1 1u w b 通信鏈路預(yù)算 1 發(fā)射功率 根據(jù)f c c 規(guī)定u w b 通信系統(tǒng)應(yīng)用于室內(nèi)無線通信的發(fā)送功率譜密度應(yīng)小于 4 1 3 d b m m h z 以確?，F(xiàn)有的無線通信系統(tǒng)正常工作 這時5 0 0 m h z 帶寬中最大 輻射功率為只 4 1 3 d b m 2 7 d b 1 4 3 d b m 2 接收機輸入端的噪聲功率 接收機輸入端的噪聲功率包括天線的熱噪聲 3 5 1 和低噪聲放大器 l n a 的熱 噪聲 通常用噪聲溫度乙和c 分別表示 乃 2 9 0 k c 1 0 坼兒 一1 2 9 0 k 3 1 其中l(wèi) n a 的噪聲系數(shù) 2 d b 波爾茲曼常數(shù)k 1 3 8 xi o 2 3 w s k 于是 接收機的噪聲功率譜密度為 n o2 七 瓦 c 1 3 8 1 0 2 3 x 2 9 0 x 1 0 n 腫 6 3 4 1 0 2 1 w s i i z 一1 7 2 d b m h z 3 2 則5 0 0 l d h z 帶寬中總的噪聲功率為 昂 b n o 5 x 1 0 8 0 8 7 1 7 2 d b m 8 5 d b m 3 3 3 傳播衰減 根據(jù)自由空間傳播公式 發(fā)射功率 與接收功率 的關(guān)系式 仁矚q 嚼y 3 4 當(dāng)傳播距離為d 時 中心頻率為3 5 g h z 信號的傳播路徑功率損耗因子為 p g p 嚼 2 晶 2 3 5 4 6 5 x 1 0 巧 d 2 4 3 3 d b 一2 0 1 0 9 d d b 假設(shè)我們作業(yè)的區(qū)間為1 0 0 m x l 0 0 m 的面積 那么最大路徑損耗因子為 一8 3 3 d b 則接收端收到的信號功率為 1 4 3 8 3 3 9 7 6 d b m 1 4 超寬帶通信 定位系統(tǒng)射頻電路研究 3 1 2 接收機基本參數(shù) 3 1 2 1 接收靈敏度 3 6 1 描述接收機對小信號的反應(yīng)能力 其定義為 s 歷而 3 6 式中 k 1 3 8 x l o z 3 j i k 是波爾茲曼常數(shù) t 為絕對溫度 吃是系統(tǒng)的 等效噪聲頻寬 s n r d 是系統(tǒng)要求的信噪比 z 是系統(tǒng)阻抗 是總等效輸入噪聲 系數(shù) 由三大部分組成 接收器各級的增益與噪聲系數(shù)t 鏡頻噪聲名 和寬帶 的本振調(diào)幅噪聲民 即 辱 兄l 瓦2 毛3 3 7 恥 喜囂卻等 囂 俘幻 扛1 兀q u 1u l u 2 j u 兀q 瓦 兀q 甚f 一1 1 魯二 培1 兀q 兄 蘭絲竺蕁竺 加1 l o o o g r o 兀q j l 3 9 3 1 0 公式說明如下 f 為第i 級的噪聲系數(shù) g f 為第i 級的增益 為鏡像頻率下的單極噪聲系 數(shù) g 為鏡像下的單級增益 n 為接收機的總級數(shù) 不包含混頻器 只 d 為本振 輸出功率 單位為 l b m 聊 為邊帶頻率上的相位噪聲 單位為d b c h z k 為 帶通濾波器邊帶頻率上的衰減值 單位為d b m n b s b 為邊帶頻率上的混頻噪聲 r o 為室溫2 9 0 k m 為邊帶頻率的總個數(shù) 坼為包含混頻器在內(nèi)從接收端至混頻器 的總級數(shù) 對于模擬接收機 滿足一定信噪比時的輸入信號功率 對于數(shù)字接收 機 滿足一定誤碼率時的輸入功率 一般情況下 接收機靈敏度在 8 5 d b m 以下 3 1 2 2 選擇性 接收選擇性亦稱為鄰信道選擇度a c s 是用來量化接收機對鄰近信道的接收 能力 其定義為 第三章u w b 通信 定位接收機射頻電路設(shè)計 15 a c s 棚一l o l g 1 0 w s 1 0 1 0 s p l o 玩1 0 腫 3 1 1 式中 c r 為同信道抑止率 i f s 為中頻濾波器在鄰信道頻帶上的抑制衰減量 吃為中頻噪聲頻寬a 與鄰信道頻率的差值 s p 為本地振蕩信號與出現(xiàn)在頻率為 乙 處的鄰信道噪聲的功率比 p n 跚是本地振蕩信號在差頻處的相位噪聲 如 圖3 1 所示 o 3 1 2 3 頻率穩(wěn)定度 i 乞 h z 乙出 u 忍 圖3 1 本地振蕩的頻譜 描述接收機的本振信號的頻率穩(wěn)定度 影響接收機的中頻信號的質(zhì)量 頻率 穩(wěn)定度在數(shù)量上通常用頻率偏差來表示 它是指振蕩器的實際頻率和指定頻率之 間的偏差 可以分為絕對偏差和相對偏差 設(shè)石為實際振蕩頻率 石為指定頻率 絕對偏差為 矽 石一石 3 1 2 相對偏差為 竽 丘當(dāng) 丘五 3 1 3 石石石 1 6 超寬帶通信 定位系統(tǒng)射頻電路研究 在上述頻率偏差中 除了由于置定和測量不準引起的原因外 這一般稱為頻 率準確度 人們最關(guān)心的是頻率隨時間變化而產(chǎn)生的偏差 通常稱為頻率穩(wěn)定度 因此頻率穩(wěn)定度通常定義為在一定時間間隔內(nèi) 振蕩器頻率的相對變化 用 v 石i 時間問隙表示 這個數(shù)值越小 頻率穩(wěn)定度越高 按照時間間隔長度不同 通 ?？煞譃殚L期穩(wěn)定度 短期穩(wěn)定度和瞬時穩(wěn)定度 為了提高頻率穩(wěn)定度 可以采 取提高振蕩器回路的標(biāo)準性 減小晶體管對振蕩頻率的影響和減小負載的影響等 措施 3 1 2 4 交調(diào)抑制 交調(diào)干擾的形成與本振無關(guān) 它是有用信號與干擾信號一起作用于混頻器時 由混頻器的非線性形成的干擾 它的特點是 當(dāng)接收有用信號時 可同時聽到信 號臺和干擾臺的聲音 而信號頻率與干擾頻率間沒有固定的關(guān)系 一旦有用信號 消失 干擾臺的聲音也隨之消失 猶如干擾臺的調(diào)制信號調(diào)制在信號的載頻上 所以交調(diào)干擾的含義為 一個已調(diào)的強干擾信號與有用信號同時作用于混頻器 經(jīng)非線性作用 可以將干擾的調(diào)制信號轉(zhuǎn)移到有用信號的載頻上 然后再與本振 混頻器得到中頻信號 從而形成干擾 由非線性器件的i f u 展開成泰勒級數(shù) 其四階項為a 4 u 4 設(shè)u u j u s u l 這里 u j u j 1 m jc o s q t e o s w j t 3 1 4 u s2 u s c o s w c t 3 1 5 u l u lc o s w l t 3 1 6 將這三個信號代入四階項 可分解出6 a u 2 u u l 其中 3 u 2 u s u l 1 m jc o s o i t c o s w i t 可以通過混頻器后面的中頻通道 從而對有用信號 形成干擾 這就是交調(diào)干擾 交調(diào)干擾實質(zhì)上是通過非線性作用 將干擾信號的 調(diào)制信號解調(diào)出來 再調(diào)制到中頻載波上 由交調(diào)干擾的表示式可以看出 如果 有用信號消失 即u 0 則交調(diào)產(chǎn)物為零 所以 交調(diào)干擾與有用信號并存 它 是通過有用信號而起作用的 同時也可以看出 它與干擾的載頻無關(guān) 任何頻率 的強干擾都可能形成交調(diào) 只是c 與 相差越大 受前端電路的抑制越徹底 形成 的干擾越弱 為了抑制交調(diào)干擾 一是提高前端電路的選擇性 降低加到混頻器 的u 值 二是選擇合適的器件及合適的工作狀態(tài) 使不需要的非線性項盡可能小 以減少組合分量 第三章u w b 通信 定位接收機射頻電路設(shè)計 17 3 1 2 5 本振輻射 由于混頻器的隔離不好 本振信號進入接收信號通路 通過天線輻射 引起 系統(tǒng)的三階交調(diào) 3 7 1 失真加重 為了降低本振輻射的影響 可采用m o s 管隔離法 集中磁力線法 所謂集中磁力線法是指將振蕩線圈上的磁力線變得更集中 其方 法是在高頻鐵氧體磁芯上繞制電感線圈 使得磁力線集中在磁芯內(nèi) 以減小線圈 和其它元件的磁交鏈 降低電源電壓法 振蕩網(wǎng)絡(luò)的高端屏蔽 對一個并聯(lián)諧振 網(wǎng)絡(luò)而言 可以等效為電感l(wèi) 和電容c 的并聯(lián) 為了減弱本振輻射 在設(shè)計印制板 時應(yīng)有意識地用封閉形式的地線來封閉振蕩電路的高電位端 減輕它的本振輻射 3 1 3 接收機結(jié)構(gòu)的選擇 由第二章分析我們可知 不同接收機的主要區(qū)別在于其將信號下變頻到基帶 的級數(shù)不同 一次變頻接收機 即傳統(tǒng)的超外差接收機 因為受a d 采樣速率的限制 中 頻的選擇不能太高 其最大的缺點是難以做到良好的鏡頻抑制 直接下變頻方式將載頻調(diào)制信號直接變換為基帶i q 兩路輸出 其優(yōu)點在于 沒有鏡像干擾 同時不需要中頻濾波器 只有最后一級的低通濾波器 具有簡化 的模擬設(shè)計 但是直接下變頻存在如下幾個問題 1 本振泄漏和直流偏差 由于本振和載頻相同 本振信號將泄漏到天線并輻 射到空間 對其他設(shè)備形成干擾 同時 由于輻射的本振信號也容易再次進入混 頻器 與本振信號混頻后形成較強的零中頻干擾 2 噪聲 有源器件內(nèi)的噪聲隨著頻率降低而增加 對零中頻的基帶信號產(chǎn)生 干擾 降低信噪比 3 階失真產(chǎn)物容易混入基帶 綜合上述考慮 并且為了保證高的通道增益和動態(tài)范圍 本文u w b 接收機結(jié) 構(gòu)采用兩次變頻方式 第一次變頻采用高中頻方式 將射頻信號混頻到1 g h z 的中 頻上 這樣做主要是為了提高鏡像抑制比 第二次將中頻信號直接變頻到基帶 以利于a d 采樣和基帶處理 具有良好的頻帶穩(wěn)定特性 但因為本振較多 互調(diào) 干擾較多 需要仔細分析和設(shè)計 具體結(jié)構(gòu)如下圖3 2 所示 1 8 超寬帶通信 定位系統(tǒng)射頻電路研究 中 圖3 2u w b 接收機結(jié)構(gòu)框圖 3 2 接收機鏈路參數(shù)設(shè)計 號 射頻通道鏈路參數(shù)的設(shè)計是非常復(fù)雜的 要對多方面綜合考慮后進行折中 包括整體增益 動態(tài)范圍 組合串?dāng)_ 噪聲系數(shù) 鏡像抑制 頻帶分配等 本文 主要從組合串?dāng)_ 增益分配 噪聲性能三個方面進行闡述 3 2 1 組合串?dāng)_及中頻選擇 用戶機的射頻單元僅為接收通道 對于二次變頻方案而言 組合串?dāng)_主要包 括射頻信號和本振 高本振和低本振之間的各種組合 射頻信道內(nèi)部頻率分配極為重要 選擇合適的i f 可以使接收機在第一混頻 器m i x e r l 之前排除第一r f 鏡像頻率 而不增加額外的費用 復(fù)雜度 如果對 r f 和i f 帶寬及l(fā) o 和 頻率選擇不當(dāng) 會產(chǎn)生嚴重干擾 混頻器也會產(chǎn)生偽響 應(yīng) 嚴重降低接收質(zhì)量 畫啦 第三章u w b 通信 定位接收機射頻電路設(shè)計 1 9 3 2 2 信道增益分配 由3 1 1 節(jié)鏈路預(yù)算可知 熱噪聲的功率 8 5 d b m 遠遠大于接收機接收信號 功率 一9 7 6 d b m 這樣的狀況一直保持到基帶信號的解擴之前 因此 u w b 接 收機射頻信道的增益主要依據(jù)熱噪聲的功率來進行設(shè)計 預(yù)定進入解調(diào)器前的總 功率為0 d b m 這里指信號和噪聲的總功率 因此總的增益為0 8 5 8 5 d b 由 于考慮到濾波器的插入損耗 混頻器損耗等 總的增益需達到1 0 0 d b 以上 這里 需要說明的是在第一次混頻時 m i x e r l 內(nèi)引入了兩級m i n i 公司的e r a 5 s m 放 大器 以滿足系統(tǒng)的增益要求 具體過程請參考混頻器原理圖 具體各個模塊的增益分配詳見下圖3 3 喘入 g a i n 3 r i b 舳 3 d b2 9 d b 3 d b 2 1 d b荊鋤 一晰h 蜊ah 駢卜酬晰h 盎h 蛾卜 p m i r lm 翮 1 4 d l j 腳 一3 3 衄m 5 9 d b m 3 6 d b ni 6 2 c 1 b i 罐9 d l 坷 3 2 3 低噪聲性能設(shè)計 圖3 3 射頻信道增益分配圖 由于射頻信道的第一級是決定射頻信道噪聲性能的關(guān)鍵器件 因此第一級前 置濾波器和低噪聲放大器的選取就變得很重要 根據(jù)設(shè)計 將低噪聲放大器的噪 聲系數(shù)定為l d b 這樣能有效地降低系統(tǒng)接收機的噪聲系數(shù) 級聯(lián)情況下噪聲系數(shù)可通過f r i i s 方程 3 5 計算 通過噪聲系數(shù)的等效計算公式 兄 型 望 l 3 1 7 舭 x z t 公式中e 為第一個器件的噪聲系數(shù) e 為第二個器件的噪聲系數(shù) 為第一個器件的增益 為第二個器件的增益 各模塊器件技術(shù)指標(biāo)如表格3 1 2 0 超寬帶通信 定位系統(tǒng)射頻電路研究 表3 1 器件技術(shù)指標(biāo) m o d u l e n r d b 噪聲系數(shù) f n i g a i n r i b g a i n g p m i b p f21 5 8 30 5 l n a 1 1 2 6 3 0 1 0 0 0 b p f21 5 8 3o 5 m l x e k1 8 36 7 6 12 97 9 4 3 3 b p f2 1 5 8 3 0 5 i f a m p4 32 6 92 l1 2 5 8 9 a g c63 9 8 2 0 2 53 1 6 2 3 m e r86 3 53 1 6 將表3 1 的數(shù)據(jù)代入式 3 1 7 q b 得到 f 1 5 8 1 2 6 1 i 墨二 魚z 魚 二 2 3 7 3 1 8 0 50 5 1 0 0 00 5 x 1 0 0 0 x 0 5 轉(zhuǎn)化成分貝數(shù)得到本機的噪聲系數(shù) n r 為1 0 l 0 9 2 3 7 3 7 5 d b 3 3u w b 接收機各模塊電路功能分析和原理圖設(shè)計 3 3 1 濾波器 濾波器的功能是濾除帶外的干擾和噪聲 保留帶內(nèi)的有用信號 此外還可以 對傳輸信道的頻率特性進行校正以及阻抗匹配 阻抗轉(zhuǎn)換等 濾波器可以是l c r c l c r l r 或是由分布式元件構(gòu)成 3 引 如果按特性來分 濾波器可以分成有源 和無源兩種 有源濾波器主要包括一些放大器和上述集總無源元件 而無源濾波 器主要由集總或分布式元件構(gòu)成 例如在帶通和帶阻中應(yīng)用的陶瓷和晶體濾波器 這些濾波器不僅能提供從超窄帶到寬帶的各種帶寬 而且也能明顯的改善濾波器 的波形系數(shù) 波形邊緣的陡峭程度 在本文的接收模塊中 對于混頻以前的前置濾波器等要考慮對接收機噪聲系 數(shù)的影響 因此使用微帶濾波器 考慮參數(shù)為通帶3 2 5 g h z 3 7 5 g h z 帶內(nèi)插損小 于3 d b 駐波小于 1 5 d b 帶內(nèi)波紋小于0 3 d b 帶外1 0 0 m h z 的抑制為2 5 d b 同時為了抑制頻率綜合器產(chǎn)生的諧波 分別使用如下圖3 4 和圖3 5 所示的l c 帶通濾波器 第三章u w b 通信 定位接收機射頻電路設(shè)計 2 1 9 ul x 蚶啊l 登 未 圖3 41 g h z i 5 g h z 帶通l c 濾波器 3 3 2 混頻器 m i x e r 圖3 52 g h z 3 g h z 帶通l c 濾波器 混頻器是3 端口的有源或無源設(shè)備 如果在兩個輸入端端口分別輸入不同頻 率的兩個信號 在輸出端口將產(chǎn)生一個和頻和一個差頻信號 這一過程叫做頻率 變換 f r e q u e n c yc o n v e r s i o n 接收機中必須使用這種頻率較低的信號 因為它很 容易用中頻級進行有效放大和濾波 并且很容易使頻段得到優(yōu)化 從而使接收機 的增益和選擇性得到提高 混頻器的輸出端不僅有差拍兩個信號所產(chǎn)生的有用信 號 而且還有很多寄生頻率 只是 這些寄生頻率大多數(shù)在混頻器的中頻級被濾 掉 剩下的是在差頻處所需要的頻率 包括載波和邊帶 對于變頻器的選擇 主要考慮的指標(biāo)有 工作頻率 變頻增益 輸入i p 3 端 口隔離度等 本文在設(shè)計第一次變頻所用混頻器時 使用了h i t t i t e 公司的 h m c 2 1 3 m s 8 器件 其原理圖設(shè)計如下圖3 6 所示