无线传感网射频前端的设计与实现

论文摘要

无线传感器网络是计算机科学技术的一个新的研究领域,综合了传感器技术、嵌入式技术、分布式信息技术和无线通信技术,能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,并对其进行处理,传送到这些信息的用户。无线传感器网络关键技术包括网络拓扑结构和节点硬件平台,还包括如媒体接入控制协议,路由层协议和管理软件等在内的节点软件体系结构。无线传感网络具有自组织、快速展开、抗毁坏性等特点,在军事、环境监测、医疗健康、工业控制等方面有着十分广阔的应用背景。近年来,随着无线通信、集成电路、传感器及微电机系统(MEMS)等技术的发展,使得大规模生产体积小、成本低、具有数据收集、短距离无线通信和数据处理能力的传感器节点成为可能。技术条件的成熟和大量潜在的应用需求使得无线传感器网络受到人们越来越多的关注和重视。无线传感器网络正成为国内外无线网络研究的一个热点。本文深入地讨论了射频接收前端的关键器件的原理、设计、测试工作。本文简要介绍了论文选题的背景以及技术难点。并介绍了一般发送、接收机的组成结构,接着深入分析了系统的关键技术指标以及射频前端各部分模块的指标。在详述了本项目采用的设计方案、射频前端各部分模块的应用,以及具体功能指标的实现后,对整个系统方案的系统链路进行了分析和ADS仿真以及所存在可能影响进行分析;最后提出了硬件设计与布板中应注意的事项和电磁兼容问题。作者在课题研究中参与射频部分的设计研发、电路设计及电路调试等工作。主要根据经验提出系统各部分的设计预算,再根据预算合理选择芯片,然后根据所选择芯片的具体参数利用射频ADS软件进行模块电路仿真和系统电路仿真,针对仿真的结果以及系统具体要求作出适当的优化,验证了最终设计的可行性并提出改进意见,最终确定了射频前端的设计方案及系统各部分的指标分配情况,并完成射频前端各部分电路的芯片选型和应用电路设计、各单元电路的性能和收发机射频前端系统总体性能的软件仿真以及系统调试。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 无线传感器网络的概念及其特点
• 1.1 无线局域网的简介
• 1.2 传感器网络的概念
• 1.3 传感器网络的特点
• 1.4 本人的工作
• 1.5 本章小结
• 第二章 发送、接收机的指标与组成结构
• 2.1 发射机结构
• 2.2 通信接收机的结构
• 2.2.1 超外差接收机
• 2.2.2 零中频接收机
• 2.3 无线发射机的性能指标
• 2.4 接收机性能指标
• 2.4.1 接收机的灵敏度和噪声系数
• 2.4.1.1 灵敏度
• 2.4.1.2 噪声系数
• 2.4.2 接收机的线性度
• 2.4.3 接收机的动态范围
• 2.4.4 接收机中的干扰现象
• 2.4.5 系统指标的分配与计算
• 2.5 滤波器种类
• 2.5.1 滤波器指标
• 2.6 低噪声放大器
• 2.6.1 放大器指标
• 2.6.2 S 参数
• 2.7 本章小结
• 第三章 射频总体方案设计
• 3.1 射频模块总体方案
• 3.2 频率合成单元
• 3.2.1 发射频率合成模块
• 3.2.2 接收频率合成模块
• 3.3 接收单元
• 3.3.1 零中频方案和超外差方案的比较
• 3.3.2 接收前端预选滤波器
• 3.3.3 收发开关控制电路
• 3.3.4 低噪声放大器的设计
• 3.3.5 AGC 电路的设计
• 3.3.6 灵敏度计算
• 3.3.7 接收增益分配
• 3.3.8 系统指标的分配与计算
• 3.4 发射单元
• 3.4.1 调制模块
• 3.4.2 驱动放大器
• 3.4.3 带通滤波器
• 3.4.4 ATT 衰减模块
• 3.4.5 电源控制电路
• 3.4.6 发射增益分配
• 3.4.7 组合干扰
• 3.4.8 信道链路计算
• 3.5 本章小结
• 第四章 系统仿真
• 4.1 射频模块总体方案仿真
• 4.1.1 接收机灵敏度
• 4.1.2 信道传播特性的影响
• 4.2 重点射频器件对系统性能的影响
• 4.2.1 功放
• 4.2.2 频率源
• 4.2.3 IQ 幅度和相位不平衡对系统的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 射频PCB 的EMC 设计
• 5.1 板材
• 5.1.1 普通板材
• 5.1.2 射频专用板材
• 5.2 隔离与屏蔽
• 5.2.1 隔离
• 5.2.2 敏感电路和强辐射电路
• 5.3 滤波
• 5.4 接地
• 5.4.1 接地分类
• 5.4.2 大面积接地
• 5.4.3 分组就近接地
• 5.4.4 接地平面的分布
• 5.5 本章小结
• 第六章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文