2.4GHz收发系统射频前端研究及关键模块实现

论文摘要

无线通信的迅猛发展,使得频率资源日趋紧缺。射频前端在无线通信收发机中的特殊作用,使它成为了国内外无线通信领域的研究重点和难点。本文根据项目“多功能通用信号源”的无线QPSK调制传输系统对射频前端的要求,探讨了2.4GHz ISM频段收发机射频前端的设计方法。由于射频部分要处理的是宽动态范围的高频模拟信号,如何实现高频时的匹配和满足较大的动态范围是本课题的设计难点。通过总结国内外在射频前端方面的先进设计经验,并根据实际系统性能和参数要求,实现了2.4GHz射频收发系统前端关键模块的设计。论文的主要工作和创新之处在于:1、首先分析了常用收发机的结构,给出了各种结构的优缺点及性能参数。根据项目实际的设计需要,给出了2.4GHz无线通信系统所采用的收发机前端结构,并结合信道模型,分析了所采用的收发机结构的性能参数。2、对收发机的各个关键模块分别作了深入的理论分析,给出了其性能参数及其设计方法,并使用Advanced Design System 2005工具软件对收发系统中的关键模块进行了设计与仿真。这些关键模块主要包括中频滤波器、上变频混频器、本振、射频滤波器、功率放大器、低噪声放大器和下变频混频器。根据系统设计要求,对仿真电路和性能参数进行了反复优化,设计出满足项目需求的2.4GHz无线通信系统的射频前端。根据仿真结果,制作了关键模块的硬件电路,进行了实际电路的调试,对设计的各部分电路进行了性能测试和数据分析,满足项目需要,验证了各个关键模块设计的方案的可行性。3、最后,针对各个模块的测试结果,对其中性能有些偏差的电路作了分析,并提出了改进措施以及后续工作的展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 2.4GHz 频道选择的意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 论文的主要工作
• 2 收发机的结构分析与设计方案的确定
• 2.1 发射机结构
• 2.1.1 发射机常用结构
• 2.1.2 发射机性能指标分析
• 2.2 接收机结构
• 2.2.1 超外差式接收机
• 2.2.2 镜像抑制接收机
• 2.2.3 零中频接收机
• 2.2.4 数字中频接收机
• 2.2.5 接收机性能指标分析
• 2.3 收发机射频前端设计方案的确定
• 2.3.1 系统对射频前端的相关指标要求
• 2.3.2 收发机系统方案分析
• 2.3.3 发射机射频前端的设计方案
• 2.3.4 接收机射频前端的设计方案
• 2.4 本章小结
• 3 发射机射频前端关键模块的设计与仿真
• 3.1 中频滤波器的设计
• 3.1.1 滤波器的主要性能指标
• 3.1.2 滤波器的设计方法
• 3.1.3 中频带通滤波器的电路设计与仿真
• 3.2 射频滤波器的电路设计
• 3.3 上变频混频器的设计
• 3.3.1 混频器的性能指标
• 3.3.2 上变频混频器的电路设计与仿真
• 3.4 本振信号源的设计
• 3.4.1 反馈型振荡器的基本原理
• 3.4.2 本振的性能指标
• 3.4.3 振荡器的设计方法
• 3.4.4 锁相环本振性能分析
• 3.4.5 锁相环本振设计
• 3.4.6 鉴相器的配置
• 3.5 功率放大器的设计
• 3.5.1 功率放大器的性能指标
• 3.5.2 功率放大器的分类
• 3.5.3 射频功率放大器的设计难点
• 3.5.4 射频功率放大器的设计与仿真
• 3.6 本章小结
• 4 接收机射频前端关键模块的设计与仿真
• 4.1 低噪声放大器的设计
• 4.1.1 低噪声放大器的性能指标
• 4.1.2 射频晶体管放大器的S 参数模型
• 4.1.3 低噪声放大器的电路设计与仿真
• 4.2 下变频混频器的设计
• 5 实物制作与调试
• 5.1 发射机中关键模块的实物图与调试结果
• 5.1.1 本振电路
• 5.1.2 上变频混频器电路
• 5.1.3 功率放大器
• 5.2 接收机中关键模块的实物图与调试结果
• 5.2.1 低噪声放大器
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录