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《軟件無線電的硬件實現(xiàn)-射頻電路設(shè)計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、軟件無線電的硬件實現(xiàn)－射頻電路設(shè)計1第五章軟件無線電的硬件實現(xiàn)－射頻電路設(shè)計1軟件無線電是建立在一個通用的硬件平臺之上的，這個通用平臺具有模塊化、開放性、可擴展性等特點。軟件無線電的硬件平臺主要由一下幾個部分組成：模擬射頻前端、寬帶A/D和D/A、數(shù)字上下變頻器、高速數(shù)字信號處理等。5．1射頻前端各模塊的性能指標圖5.1是射頻前端收發(fā)電路。從圖中可以看出一個典型的射頻電路分為發(fā)射和接收兩個部分。每個部分包括以下幾個模塊：開關(guān)（功率分配器）、低噪聲放大器(LNA)、混頻器(MIXER：降頻器和升頻器)、射頻濾波
2、器和本地振蕩器，功率放大器(PA)、中頻濾波器和中頻放大器。圖5.1是射頻發(fā)射與接收電路在發(fā)送信號時，從基帶模塊送出的模擬信號，經(jīng)中頻放大、混頻器中的升頻器、功率放大器(PA)，然后再通過天線發(fā)送出去。通過天線接收進來的射頻信號經(jīng)濾波和低噪聲放大器(LNA)放大后，與本地振蕩器所產(chǎn)生的本地振蕩信號經(jīng)混頻器混頻(這里是降頻器)，產(chǎn)生固定的中頻信號IF，然后，經(jīng)放大后送到基帶部分。典型的射頻收發(fā)設(shè)備除了功耗、速度、成品率等性能要求外，還要面對噪聲、線性范圍、增益等指標。分析整個射頻通信機，最重要的器件就是放大器，
3、混頻器和振蕩器。下面詳細分析各射頻電路模塊的性能指標。軟件無線電的硬件實現(xiàn)－射頻電路設(shè)計15.1.1放大器由圖5.1可以看出，射頻通信電路中的放大器包括接收機的低噪聲小信號放大器和發(fā)射機的射頻功率放大器。低噪聲放大器(1ow-noiseamplifier，簡稱LNA)是射頻接收機前端的主要部分。它主要有四個特點：首先，它位于接收機的最前端，這就要求它的噪聲越小越好。為了抑制后面各級噪聲對系統(tǒng)的影響，還要求有一定的增益，但為了不使后面的混頻器過載，產(chǎn)生非線性失真，它的增益又不宜過大。其次，它所接收的信號是很微弱
4、的，所以低噪聲放大器必定是一個小信號線性放大器，而且由于受傳輸路徑的影響，信號的強弱又是變化的，在接收信號的同時又可能伴隨許多強干擾信號混入，因此要求放大器有足夠大的線性范圍，而且增益最好是可調(diào)節(jié)的。第三，低噪聲放大器一般通過傳輸線直接和天線或天線濾波器相連，放大器的輸入端必須和它們很好的匹配，以達到功率最大傳輸或最小的噪聲系數(shù)，并能保證濾波器的性能。第四，應(yīng)具有一定的選頻功能，抑制帶外和鏡象頻率干擾，因此它一般是頻帶放大器。放大器中的晶體管有兩種描述方法:一、是物理等效電路模型，模型中的參數(shù)都有一定的物理意
5、義，這種等效電路適用的頻率范圍較寬。目前的射頻集成電路工藝包括雙極(bipolar)、GaAs和CMOS工藝。工作頻率最高的是GaAs器件，GaAs是一種化合半導(dǎo)體材料，性能穩(wěn)定、工藝成熟，它的最高頻率達到50～100GHz，在超高速微電子學和光電子學中占據(jù)了重要地位，近幾年來特別在超高速、低噪聲方面發(fā)展極快。二、是用網(wǎng)絡(luò)參數(shù)表示的網(wǎng)絡(luò)模型，在射頻段最合適的參數(shù)是S參數(shù)，這是一組特定頻率下的線性參數(shù)。S參數(shù)也稱散射參數(shù)，暗示為事物分散為不同的分量，散射參數(shù)即描述其分散的程度和分量的大小。在電子系統(tǒng)中，它有兩個
6、分量：入射波和反射波，因此S參數(shù)是基于入射波和反射波之間關(guān)系的參數(shù)。S參數(shù)在射頻段很容易測量，特別適合用于微波段的系統(tǒng)分析。軟件無線電的硬件實現(xiàn)－射頻電路設(shè)計15.1.1.1低噪聲放大器低噪聲放大器的主要指標是：低的噪聲系數(shù)(NF)、足夠的線性范圍(IIP3)、合適的增益(gain)、輸入輸出阻抗的匹配(VSWR)、輸入輸出間良好的隔離。對于移動通信還有一個很重要的指標是低電源和低功耗，原因是移動通信中，接收機處于等待狀態(tài)時，射頻前端電路一直是工作的，因此低功耗是十分重要的。下面分析影響這些指標的因素，特別要
7、強調(diào)的是，所有這些指標都是互相牽連的，甚至是矛盾的。它們不僅取決于電路的結(jié)構(gòu)，對集成電路來說，還取決于工藝技術(shù)。在設(shè)計中如何采用折衷的原則，兼顧各項指標，是很重要的。1、低功耗LNA是小信號放大器，必須給它設(shè)置一個靜態(tài)偏置。而降低功耗的根本辦法是采用低電源電壓、低偏置電流，但伴隨的結(jié)果是晶體管的跨導(dǎo)減小，從而引起晶體管及放大器的一系列指標的變化。2、工作頻率放大器所能允許的工作頻率與晶體管的特征頻率fT有關(guān)。減小偏置電流的結(jié)果使晶體管的特征頻率降低。在集成電路中，增大晶體管的面積使極間電容增加也降低了特征頻率
8、。3、噪聲系數(shù)1）放大器的噪聲系數(shù)與工作點有關(guān)。2）晶體管放大器的噪聲與基區(qū)體電阻有關(guān)。4、增益低噪聲放大器的增益要適中，過大會使下級混頻器的輸入太大，產(chǎn)生失真。但為了抑制后面各級的噪聲對系統(tǒng)的影響，其增益又不能太小。放大器的增益首先與管子跨導(dǎo)有關(guān)，跨導(dǎo)直接由工作點的電流決定。其次放大器的增益還與負載有關(guān)。5、增益控制低噪聲放大器的增益最好是可控制的。在通信電路中，控制增益的方法一般有以下幾種：改變
