【无线射频芯片】-宽带无线通信射频收发前端设计

1/1宽带无线通信射频收发前端设计近年来,宽带无线通信由于其平均功率低、频谱利用率高、保密性好及多径辨别力量强,已成为全球通信领域讨论的热点技术。

宽带无线通信系统(BWCS)主要由RF前端、数据调制解调、通信协议及相关算法部分组成,其中RF前端是关键部分。本文设计了一种TDD模式无线宽带射频子系统,该系统可实现收发通道RF前端的全部功能,能够满意SC2FDE调制信号的收发要求,可应用于应急通信、指挥调度、无线监控、野外作业、海上作业等多媒体传输方案中,可实现点对点同频双工宽带传输,且该系统中内置GPS模块,通过定位算法向中心站上传位置信息,图1为RF前端结构框图。

图1RF前端结构框图

1RF系统设计要求

1.1设计指标

BWCS工作频段:325MHz～355MHz,信道带宽为8MHz,依据BWCS通信要求规划RF收发信道的性能指标,表1为RF收发信道设计指标要求。

表1RF收发信道指标

1.2接收机RF设计要求

接收机要求在引入失真最小的状况下,将接收到的信号转化为有用信息。噪声和干扰是影响接收机性能的无用信号,接收机输出有用信号要大于无用信号肯定的功率,即满意最小信噪比要求。

灵敏度是保证接收机输出达到最小信噪比的最小输入功率值,噪声系数是整个接收机系统的噪声值,噪声系数和灵敏度之间的关系为:

其中NF为噪声系数,Pmin为灵敏度,SNRmin为最小信噪比。

动态范围是接收机接收信号功率的最大值与最小值的差值,用公式表示为:

DR为动态范围,Pmax为最大可接收信号功率值,Pmin为最小可接收信号功率值。

1.3放射机RF设计要求

放射机是将基带信号变频到射频信号,并放大到足够的功率放射,放射功率和邻道抑制是放射机两个重要的指标。

放射功率的设定和系统的通信距离、调制方式、最小信噪比、工作环境等有关,功率太小达不到最低信噪比的要求,功率太大将对邻道产生干扰。

放射机的非线性特性将产生许多谐波成分,邻道抑制是对谐波要求的指标,要求谐波功率小于有用信道功率肯定值。

2设计思路及实现方案

本文采纳超外差模式实现收发机RF前端,接收与放射采纳TDD模式切换,通过两次变频达到所需频段,收放射频信号频段为325MHz～355MHz,信道带宽8MHz,中频为10MHz。

2.1PLL设计

射频本振采纳ADI公司的ADF4360系列产品,该产品片内集成VCO,且具有较低的相位噪声,图2为ADF4360锁相环电路图,电路中采纳高稳定性的晶振,可以利用晶振谐波实现二次混频本振信号。

图2ADF4360锁相环电路图。

2.2收发信道设计

接收信道设计需要保证噪声、增益、灵敏度、临道抑制满意系统要求。接收信道噪声级联计算公式为:

其中F为总噪声系数;F1……Fn为各级噪声系数;G1……Gn-1为各级额定功率增益。

依据噪声级联公式可知,信道噪声主要打算于系统前端,为了使接收机的总噪声系数小,要求前级的噪声系数小、增益高。表2为接收信道各级器件表。

表2接收信道选用器件表

放射信道采纳高线性的混频器和放大器达到高线性度,采纳数控衰减器调整增益范围,在实际应用中,为达到远距离放射,可以外接大功率放大器。表3为放射信道各级器件表。

表3放射信道选用器件表

3测试结果

图3为整个射频子系统PCB版图,面积为110mm×70mm。

图3射频子系统PCB版图

3.1锁相环测试

通过给锁相环ADF4360供应40MHz的时钟信号,输入频率掌握字,锁定本振频率为411MHz,测得此时相位噪声优于-100dBc/Hz@400kHz,满意系统本振设计要求。

3.2接收信道测试

接收机输入频率为341MHz,带宽8MHz的SC2FDE信号。表4为接收信道测试结果。

表4接收信道测试结果

从表4可以看出:接收机的灵敏度Pmin为-94dBm,接收增益Gain为73dB,AGC的增益为102dB,测试结果表明接收机各项指标达到系统设计要求;只有灵敏度比设计要求指标差1dB。经分析和调试,将接收信道屏蔽罩进行合理设计,灵敏度得到改善,满意了设计要求。

3.3放射信道测试

放射中频输入为频率10MHz,带宽8MHz的SC2FDE信号。表5为放射信道测试结果。

从表5可以看出:放射增益Gain为26dB,ALC增益为31dB,均达到系统设计指标要求;ACPR比设计要求稍差些。经分析,可以将第一次混频的本振信号功率增大些,这样可以降低混频交调功率,提高系统ACPR。

表5放射信道测试结果