5.8GHz微波接收機電路設(shè)計方法

1、5.8GHz微波接收機電路設(shè)計方法作為一種專用的無線短距通信協(xié)議主要針對固定于車道或路側(cè)的路側(cè)單元與轉(zhuǎn)載于移動車輛上的車載單元之間的通信接口規(guī)范。本文采用廣泛使用的被動式歐洲標(biāo)準(zhǔn)其主要技術(shù)指標(biāo)如下工作頻率為下行數(shù)據(jù)為編碼速率為調(diào)制方式為幅度調(diào)制上行數(shù)據(jù)為編碼速率為調(diào)制方式為或副載波的二進制相移鍵控調(diào)制數(shù)據(jù)誤碼率為6圖為通信系統(tǒng)工作模式。它采用半雙工的通信模式主要有兩種工作方式下行和上行方式。當(dāng)在下行方式時為發(fā)射模式而為接收模式發(fā)射以調(diào)制方式把調(diào)制信號加到的載波頻率上。當(dāng)在上行方式時為接收模式而為發(fā)射模式發(fā)射連續(xù)的載波給并與中的或的副載波調(diào)制信號混頻后再通過天線反射回上的接收機進行同步解調(diào)。FO

2、F0圖I用RC通信乘統(tǒng)工柞摸式圖本文針對通信系統(tǒng)給定的要求提出了一套含和的頻率為的微波接收電路具有靈敏度咼、動態(tài)范圍大等特點并在最后介紹了系統(tǒng)的實驗情況。設(shè)計原理1.接1收系統(tǒng)的作用距離和靈敏度估算的下行喚醒作用距離為扎而両-n：.V式中入載波的波長發(fā)射機的功率輸出為的天線增益的天線增益車輛擋風(fēng)玻璃造成的損耗的喚醒靈敏度。因此可求得的下行喚醒作用距離在左右。接收到的功率經(jīng)的副載波調(diào)制后再發(fā)射回接收機故接收功率為琢骯;花i盒-F(2)式中為的副載波調(diào)制和轉(zhuǎn)發(fā)損耗約為為上行鏈路時與接收機的距離。所以當(dāng)為的正常通信范圍時接收機射頻端的動態(tài)起伏為接收機靈敏度必須7接收機的總體設(shè)計本系統(tǒng)為微波反射式系統(tǒng)

3、反射發(fā)射機的載波作為上行發(fā)射載波熏故接收機的信號與本振信號相同。所以本接收機采用零中頻接收方案設(shè)計因為上行副載波調(diào)制信號是雙邊帶調(diào)制它的頻譜位于載頻的兩邊故不需要鏡頻抑制。如圖所示接收機主要由射頻帶通濾波器、低噪聲放大器、混頻器、中頻帶通濾波器和中頻放大及解調(diào)電路組成。針對系統(tǒng)對接收機的要求在接收機設(shè)計中主要注重以下幾個方面接收機的噪聲系數(shù)設(shè)計、接收機的大動態(tài)范圍設(shè)計、接收機微波無源部件的準(zhǔn)確設(shè)計?？紤]其全面的性能,在具體電路設(shè)計中,必須均衡設(shè)計各級的噪聲系數(shù)、功率增益保證各個無源部件的準(zhǔn)確性,合理分配部分電路的指標(biāo),以達到系統(tǒng)對接收機的要求。針接收機的靈敏度對于相干解調(diào)的信號的比特誤碼率為式

4、中為輸入信號的信噪比。因此為了獲得或更少的數(shù)據(jù)誤碼率,中頻放大器端的信噪比必須大于示為。而接收機所需的信號功率可表gIOlg(AT)+101少+/VF+S/JV式中波爾茲曼常數(shù)室溫中頻帶寬熏中頻放大器前端的噪聲系數(shù)為中頻放大器輸入端信噪比中頻放大器前端的噪聲系數(shù)為式中為輸入信號的信噪比。因此為了獲得或更少的數(shù)據(jù)誤碼式中為輸入信號的信噪比。因此為了獲得或更少的數(shù)據(jù)誤碼式中射頻帶通濾波器插入損耗低噪聲放大器噪聲系數(shù)混頻器單邊噪聲系數(shù)低噪聲放大器增益見圖。混頻器的增益中頻帶通濾波器噪聲系數(shù)。當(dāng)為最小所需信噪比時可求得接收機的靈敏度為/(一114+42+10.5)dBni9加由X浙M由故可以滿足系統(tǒng)的

5、設(shè)計要求。接收機的動態(tài)范圍動態(tài)范圍是指以某種方式降低接收機性能的較強帶外信號電平與極微弱信號之比。通常考慮的弱信號就是接收靈敏度。動態(tài)范圍通常有兩種表現(xiàn)方式,即用增益壓縮表示的單音動態(tài)范圍和三階互調(diào)表示的雙音動態(tài)范圍。本接收系統(tǒng)中主要考慮單音動態(tài)范圍。接收機總的三階互調(diào)輸入截斷點式中為輸入信號的信噪比。因此為了獲得或更少的數(shù)據(jù)誤碼式中為輸入信號的信噪比。因此為了獲得或更少的數(shù)據(jù)誤碼第一級的混頻器的為以其圖他,增益值如圖2所示。故可式中射頻帶通濾波器的-第二級的上各級的增益其中兩級共求得J_I().6.19.9515S.4Hi7/Sj03l.r)2199.M25.12得。一般而言輸入壓縮點要比三

6、階互調(diào)截斷點約低所以接收機總的約為故接收端動態(tài)范圍為。本系統(tǒng)正常通信時接收端工作信號范圍為但因為發(fā)射機的輸出功率為而收發(fā)天線之間的隔離度考慮發(fā)射的強信號耦合則接收機收到的最大信號。故實際接收射頻信號端動態(tài)范圍為。顯然接收機的動態(tài)范圍滿足系統(tǒng)的要求。接收機的微波部件設(shè)計、仿真和制作射頻帶通濾波器采用耦合微帶線三級級聯(lián)方式,結(jié)構(gòu)緊湊,寄生通帶的中心頻率較高適用頻帶范圍大。圖為帶通濾波器仿真的和參數(shù)圖帶通濾波器帶寬為在和帶外頻率點處衰減0實際測試的帶內(nèi)插損比仿真設(shè)計的要大這是因為濾波器相對頻帶僅為左右此時耦合線的輻射損耗對值影響大導(dǎo)致帶內(nèi)衰減加大。a20&X4號舷SW百耐乩溯5BWMWE&305陽：

7、；帶通眩塗器旳slL和心甥數(shù)苗具圖-aD&qtZiDBPFWtr壬oe(liS(tijpBPFVtw扇形線應(yīng)用于微波有源器件的直流偏置電路中,它與隔直電容一起確保直流偏置與射頻信號的隔離。扇形的長度和連線長度都為中心頻率1/波4長左右,連線一般作成彎曲的形式,便于對其長度進行微調(diào),夾角為45。如圖4扇形線的和參數(shù)仿真圖所示扇形偏線在頻段內(nèi)插損小于其回波損耗約大于故能較好地對射頻信號進行隔離。famHna接收機電路設(shè)計技術(shù)電路設(shè)計電路框圖如圖所示為喚醒直流輸出信號為解調(diào)后的下行碼輸出為下行的下行和上行方式三種工作模式由約為轉(zhuǎn)發(fā)損耗約為。在線盡量短,減少分布參數(shù)的影響。在不受靜電或其它瞬態(tài)干擾損壞

8、。載波的調(diào)制信號輸入端有閑置、和來選擇控制。的喚醒靈敏度制作時要注意周邊器件盡量靠近布端口接一波長的短接線到地保護接收機低噪聲放大電路為了更好地達到噪聲與增益的平衡,本系統(tǒng)采用了兩級低噪聲放大。要把壓縮點小、噪聲系數(shù)小和增益大的作為前級放大。要注意低噪管的防靜電保護和電磁屏蔽,防止其振蕩影響性能。接收機混頻器電路設(shè)計一般說來,無源平衡混頻器的性能最好,它具有較高的二階、三階截獲點,有更好的噪聲平衡性能,但缺點是需要大的本振功率并具有較大的變頻損耗。這里采用無源雙平衡混頻器在信號頻率為、本振輸入功率為的情況下變頻損耗為雙邊噪聲系數(shù)為雙邊帶為輸入壓縮點為三階互調(diào)截斷輸入點為本振射頻信號的隔離度為本

9、振中頻的隔離度為。接收機中頻濾波放大電路中頻系統(tǒng)的頻率特性如中心頻率、通頻帶、帶內(nèi)起伏、帶外衰減等主要取決于中頻濾波器通常為型濾波器這里采用低通高通構(gòu)成的帶通濾波器。信號的頻譜類似載波抑制的雙邊帶其帶寬為基帶信號帶寬的倍即。但考慮到或作為載波中心頻率所以濾波器中心頻率為帶寬為帶外抑制在處大于濾除因反射強耦合混頻后產(chǎn)生的直流低頻信號在處大于防止帶外信號的干擾。中頻放大器由四級組成邊前三級為低噪聲系數(shù)和寬頻帶工作范圍的雙極型放大器末級為視頻寬帶運放。四級增益共為左右。因為增益高很容易導(dǎo)致正反饋產(chǎn)生自激可在級間并接穩(wěn)定電阻到地一般為Q左右。接收機系統(tǒng)指標(biāo)測試接收機系統(tǒng)指標(biāo)測量方案如下接收機本振端輸入頻率為功率為的頻率源網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出端經(jīng)衰減器衰減后與接收機信號端相連輸出頻率為的單頻連續(xù)波功率可調(diào)整用頻譜儀測試中放頻率處的輸出功率值測試結(jié)果如表1表I實驗測試第果信號輸入期功率（日陥）本惱哩.円（不第前入|皿2“9-86相應(yīng)旳功率值（dBm）i2-1390244由表可見實際的本體噪聲要比設(shè)計的大左右。在輸入為處輸出信號