基于无线通信射频收发机系统的设计(共19页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上基于无线通信射频收发机系统的设计李夏 靳立兴 2011年11月20号摘要：近年来，射频(RF)无线通信技术的迅速发展增加了人们对低电压高性能射频前端的需求，无线通讯系统中的关键模块-RFIC 成为当前的研究热点，如：蜂窝式个人通信与基站、无线接入系统、卫星通信、全球卫星定位系统、无线局域网等。经过三代移动通信的发展，通信系统发展成了支持多媒体的通信系统，系统的速度更快，误码率更低。射频收发机是通信系统的前端部分，负责信号的接收和发射部分，是无线通信系统中不可缺少的一部分，它决定了通信距离和影响着通信质量通信系统的发展也带动了射频收发机的发展。本论文探讨了收发机的基本结

2、构，射频收发机的发展，然后介绍了射频收发机的一些关键指标，然后根据重要指标计算出射频系统的主要技术指标，最后仿真整个收发机的主要技术指标。关键词：移动通信；射频收发机；系统指标RF transceiver system design based on wireless communicationIn recent years，the rapid development of radio frequency (RF) wireless communication increase the RF front-end needs of low-voltage and high-performance

3、.The key modules-RFIC of Wireless communication systems become research focus,such as cellular personal communications and base station, wireless access systems, Satellite Communications,GPS, wireless lan,etc. After the development of three generations of mobile communications, communications system

4、 developed into a multimedia communication system and the system has faster rate and lower BER. RFtransceiver which is front of the communication system is responsible for receiving and transmitting the signal part and that is an integral part the wireless communication system. RF transceiver determ

5、ines the distance of communication and affects the communication s quality. The development of communication system has also led to thedevelopment of the RF transceiver. The paper discussed transceivers basic structure and radio frequency transceivers development and some key indicators. Then accord

6、ing to these important target, it has calculated the radio frequency systems major technique target. Finally it simulated entire transceivers major technique target.Keywords: mobile communication RF transceiver system specifications1引言射频是指该频率的载波功率能通过天线发射出去(反之亦然)，以交变的电磁场形式在自由空间以光速传播，碰到不同介质时传播速率发生变化，也

7、会发生电磁波反射、折射、绕射、穿透等，引起各种损耗。在金属线传输时具有趋肤效应现象1。该频率在各种无源和有源电路中R, L, C各参数反映出是分布参数。因此说所谓射频RF （Radio Frequency)是指频率较高，可用于发射无线电频率，一般常指几十到几百兆赫的频段，即 VHF-UHF频段。而更高的频率，则称为微波。广义地说，在无线电频谱上微波是指频率为300MHz-300GHz的无线电波，其相应的波长范围是在lm0.1mm。一般更具体的指130GHz频段，即波长在厘米范围的厘米波。频率更高的则称之为毫米波、亚毫米波段。因而，移动通信中的CDMA, GSM等系统所采用的800MHz, 90

8、0MHz频段属于射频RF范畴，也即UHF频段(也可看作微波的低端);而第三代移动通信3G的工作频段就是在微波范围内。射频技术在无线通信领域具有广泛的、不可替代的作用。有线电视系统就是采用射频传输方式的。在电子学理论中，电流流过导体，导体周围会形成磁场;交变电流通过导体，导体周围会形成交变的电磁场，称为电磁波。在电磁波频率低于100khz时，电磁波会被地表吸收，不能形成有效的传输，但电磁波频率高于100khz时，电磁波可以在空气中传播，并经大气层外缘的电离层反射，形成远距离传输能力，我们把具有远距离传输能力的高频电磁波成为射频，英文缩写:RF将电信息源(模拟或数字的)用高频电流进行调制(调幅或调

9、频)，形成射频信号，经过天线发射到空中;远距离将射频信号接收后进行反调制，还原成电信息源，这一过程称为无线传输。无线传输发展了近二百年，形成了大量的用户和产品群，但是，由于气候的变化和地表障碍物的影响，不能传输完美的信息。近代人类发明了廉价的高频传输线缆(射频线)，为了追求完美的信息传输质量，兼顾原有的无线设备，无线方式有线传输开始流行。产生了射频传输这一概念。如果你的信息源经过二次调制，用线缆传输到对端，对端用反调制将信息源还原后再应用，不管频率多低，也是射频传输方式，如果没有调制反调制过程，只是将信息源用线缆传送到对端直接使用，不管频率有多高，都是一般的有线传输方式2。综观无线电频谱，频率

10、从极低一直到非常高，波长从超长波一直到亚毫米波段再到光波、紫外，不同频段的无线电波其特性也截然不同。我们必须了解这一点，并学会用不同的概念、技术和方法来处理问题。在移动通信所工作的射频和微波频段，如果只沿用低频的概念和技术来研究和处理问题，必然是行不通。射频电路最主要的应用领域就是无线通信，无线通信射频收发机包含了发射机电路、接收机电路以及通信天线。2 射频集成电路的发展及研究前景近年来，通信技术以惊人的速度发展，而射频(RF)无线通信技术的发展显得尤为迅猛。当今，射频无线通信技术已经被广泛应用于生活的各个方面，如：蜂窝式个人通信与机站、无线接入系统、卫星通信、全球卫星定位系统、无线局域网等。

11、随着多种无线通讯系统的蓬勃发展，使无线通讯系统中的关键模块射频集成电路(RFIC)成为当前的研究热点。射频IC的优化设计，除了数字IC所要求的功耗、速度、产量外，还必须考虑系统部件的噪声、增益、线性度、最大功率传输等因素。同时，由于激烈的市场竞争，通讯系统对射频IC的要求也越来越高，低成本、低功耗、高线性度、多功能等已经成为射频集成电路发展的趋势。21世纪是信息技术高度发展的时代，以微电子为基础的电子技术是推动信息技术发展的物质基础。集成电路是微电子的核心和主体，也是电子信息产业的基础3。现代的无线通信系统中，由于 CMOS 工艺生产费用低，集成密度高，且静态时电路不存在直流电流，收发机的数字

12、处理部分大多采用 CMOS 工艺实现。但由于 CMOS 器件的跨导小，并且 CMOS 工艺实现的射频电路通常衬底的损耗较大，收发机的射频前端电路一般采用双极型工艺或砷化镓工艺。而通常无线通信系统中的数字基带部分占芯片面积的 75以上，考虑到集成度及成本等指标的要求，只有实现 CMOS 集成射频前端，才能最终实现无线通信系统的单片集成。随着深亚微米 CMOS 工艺的不断进步和成熟，其沟道长度不断减小，截止频率 ft不断增加，深亚微米 CMOS 工艺其 MOSFET 的特征频率已经达到 50GHz 以上，再加上 CMOS 工艺与其他工艺相比具有工艺成熟、应用广泛、价格低、集成度高、功耗小等特点，用

13、 CMOS 工艺设计射频集成电路 RFIC(radio frequency integrated circuits)已经成为近几年世界性范围内研究的热点，世界各国的研究人员在 CMOS 射频集成电路的设计和制作方面进行了大量的研究。美国许多成功的新兴集成电路无晶圆厂芯片设计公司(fabless)和众多的芯片设计start-ups 都比较集中在这一领域4。在 5GHz 以下，基于 CMOS 工艺制造的硅射频集成电路，在性能各方面已经能与 GaAs RFIC 及锗硅 RFIC 一争高下，且在成本上具有明显的竞争优势，在无线通讯、卫星定位导航等领域得到了广泛应用。利用 CMOS 工艺实现的 RFIC

14、 在上世纪九十年代中期开始起步和发展，图1表示了 RFCMOS 器件按比例缩小后主要参数的变化。图1 RF CMOS器件按比例缩小后的卞要参数变化随着器件特征尺寸的不断缩小，MO S器件的特征频率人、最高频率几a、和噪声性能等都有很大提高，可以获得很好的射频特性。特别是跨入90 nm以后，RF CMOS器件已经可以工作在40GHz到100 GHz范围。RF CMOS工艺既继承了数字CMOS工艺的功耗低、集成度高、成本低等众多优点，同时又显示出很好的射频特性，已开始应用十设计以往只能采用BiCMOS, GaAs和Site工艺实现的电路5。当前，各种制作RFIC的工艺技术的竞争相当激烈，不同工艺适

15、用十不同的场合，它们的比较结果可见图2。图2 RFIC制作工艺比较RF CMOS技术的进步充分表明它已可以实现应用十宽带无线通信系统和高数据率交换装置的RFIC芯片。特别是在通讯系统对RFIC不断提出低成本、低功耗、小尺寸、高集成度、高可靠性、多功能等要求的推动下，RF CMO S技术正成为RFIC制作的热门选择，是实现数字与射频系统单片集成的RF SOC芯片很有发展前途的技术。3国内外研究动态快速增长的无线通信市场造成了对射频集成电路的需求不断增加。近年来，随着特征尺寸的不断减小，深业微米CMOS工艺其MOSFET的特征频率已经达到200GHz以上，使得利用CMOS工艺实现GHz频段的射频电

16、路以及业毫米波电路已经成为可能。在现代的收发机设计中，为了降低成本与功耗，将整个射频前端甚至基带信号处理部分集成到一片芯片上已经成为趋势。最近几年，世界各国的研究人员在CMO S射频集成电路的设计和制作方面进行了大量的研究，使CMO S射频集成电路的性能不断得到提高6。 国外在该方面已经取得了很大的突破，目前国际上先进的集成电路制造商，其90 nm和65 nm的工艺技术已经成熟，45nm工艺也已经投入商用，如Intel公司其32nm的CPU已经研制成功，并预计2009年底其32nm工艺线将投入生产5。国外很多知名的公司、大学和研究所已经用CMOS工艺实现了高性能的低噪声放大器(LNA、压控振荡

17、器( VCO)和混频器(Mixer)甚至是整个收发机(Transceiver)。 Broadcom公司研制的基于802.l l a无线局域网的收发器，采用0.18um CMOS I艺实现，频段范围为4.92-5.845GHz，整体噪声系数为3.5dB，发射时输出饱和功率达到了23dBm。 斯坦福大学的微波集成电路实验室，已经做成5GHz的无线局域网的接收机前端，它采用0.25um CMOS工艺实现，整体噪声系数为7.2dB，输入二阶交调点一7dBm。国内采用CMOS工艺实现射频RF集成的研究工作只是在近几年才在一些高校和研究所中开展起来，主要研究单位有东南大学射频与光电集成电路研究所(射光所)

18、、上海清华晶芯微电子、复旦大学微电子学系、中科院嘉兴微电子研究所、上海鼎芯半导体和杭州士康射频电子技术公司等。上海清华晶芯微电子有限公司首次在国内研制成功2.4GHz射频前端芯片组CMOS集成电路，它采用台积电0.18um RF CMOS工艺。此项目突破了RFIC(射频集成电路)产品设计的高难度障碍，填补国内空白，并为进入3G等众多的需要RFIC的无线通信领域奠定基础。近日来，中国科学院微电子研究所采用 0.18um RFCMOS 工艺一次流片即测试成功了以下几款关键核心电路：1、3.9-4.9GHz 锁相环式频率综合器芯片：该频率综合器中的 VCO 振荡频率可以覆盖 3.9-4.9GHz，可

19、以在该范围内实现频率的精确锁定，相位噪声小于-95dBc/Hz1MHz offset，参考杂散小于-40dBc；2、6.5-7.2GHz 压控振荡器芯片：该 VCO的频率调谐范围达到 700MHz，相位噪声小于-90dBc/Hz1MHz offset；3、6-9GHz 低噪声放大器芯片：该 LNA 在 6-9GHz 的范围内增益大于 18dB，S11、S22 均小于-10dB；4、6-9GHz下变频器芯片：该电路可以将 6-9GHz 的超宽带射频信号下变频至模拟基带信号，变频增益大于5dB。以上报道表明，我国在 CMOS 射频集成电路方面，近几年来已经开展了大量研究，也取得了很大的突破。然而，

20、相对于目前在市场上占据主导地位的领先的国际半导体公司来说，无论在规模还是在技术上，国内公司都无法与之相提并论，中国 IC 设计的整体水平要落后于美国两代7。虽然 RF CMOS 技术有良好的发展前景，但是采用 RF CMOS 工艺设计 RFIC 也存在诸多挑战。(1)缺乏高质量的无源器件和准确的无源器件模型。(2)如随着频率的不断提高，RF CMOS 工艺将出现寄生效应变复杂、衬底损耗问题。(3)衬底噪声耦合问题。从以上分析可以看出，其一，我国的 RFIC 设计行业和国外还存在一定的差距；其二，RFCMOS 工艺技术虽然有良好发展前景，但也存在诸多挑战，需要采用新的设计技术加以克服。4射频接收

21、机接收机一般被定义为ADC(模数变换)和传输天线之间的部分。RF接收机主要起的作用是把天线接收下来的信号进行解调，解调出基带需要的有用信号，送入ADC进行模拟到数字的变换，然后进入数字部分进行处理，RF接收机可以再细分为中频、射频两部分。它们的划为是以频率的大小进行划分，一般天线接收下来先在射频部分进行处理，然后经过第一级混频器，降低它的频率到达中频(第一中频)，如果是超外差结构，在第一级下变频之后，还有第二次下变频，第二次下变频之后到达第二中频。下面我们看下目前接收机的常有结构:(1)超外差接收机: 超外差接收机将天线下来的信号进行两次下变频处理，再送入ADC。在射频信道上，我们要滤出一个很

22、高中心频率和受很大干扰的窄信道要求滤波器具有高得惊人的Q值。但是在外差结构中，信号频带被变换到低得多的频率，从而降低了对信道选择滤波器的要求8。超外差接收机的结构图如图3所示。图3 超外差结构典型原理图图3为超外差结构的典型原理图，接收路径由开关、低噪声放大器、滤波器、混频器、本振、自动增益控制放大器、解调器、放大器等单元构成，信号经过这些单元不断的被放大，滤波，解调，最终送入ADC，增益被分别被放在射频、第一中频、第二中频上，发射机由滤波器、调制器、自动增益控制放大器、混频器、本振、增益放大器、功率放大器等构成，信号经过调制被加上高频载波和功率上的放大，最终通过天线给发送出去。外差结构有一些

23、缺点:1、镜像问题。2、半中频的问题。（2）零差接收机零差接收机只经过一次下变频，其典型结构如图4所示。图4 零差接收机典型原理图零差接收机相比于超外差接收机，其结构简单，易于集成，而且镜像问题被克服了。其次IF SAW滤波器和后续的下变频级可代之以合适单片集成的低通滤波器和基带放大器。但是零差接收机也有一些缺点和需要解决的问题:1、信道选择，通过有源低通滤波器抑制信道外的干扰比使用无源滤波器更加困难，根本的原因是有源滤波器与相应的无源滤波器，需要噪声一线性度一功耗之间更严格的权衡;2、直流偏移，由于在零差结构中下变频后的频带扩展到零频率，外部的偏移电压有可能破坏信号，更严重的是，有可能会使后

24、级饱和;3、I/Q失配，对于相位和频率调制技术，零差接收器必须采用正交混频，这样的话，LQ失配就显得很重要;4、偶数阶失真;5、 LO泄漏9。5射频发射机发射机被定义为DAC(数模变换)到天线之间的部分。RF发射机主要起的作用是将一个模拟低频信号转用高频信号调制并对信号功率进行一定的处理然后通过天线发射出去。RF发射机主要由滤波器、调制器、本振、放大器、混频器、功率放大器等元件构成。信号首先经过DAC之后滤波然后进入调制器然后滤波放大后面可能混频然后再经功率放大器输出10。现在发射机的主要结构有: (1)直接变换发送器，被发送的载波频率与本地振荡器相等，这种结构称为直接变换。结构如图5所示。图

25、5 直接变换发送器 但是直接变换发送器有一个重要的缺点:由功率放大器引起的发送本地振荡器扰动，PA输出有一个很高的功率而且频谱的中心在LO频率附近，所以PA的含噪输出仍然能破坏振荡器的频谱。这个缺点可以通过给LO频率加上偏移来完成，也就是加上或者减去另一个振荡器的频率。(2)两步发送器:用两步或者多步上变换来变换基带信号，以使PA的输出频谱远离VCO(压控振荡器)的频率，这样就可以解决LO上拉问题，结构如图6所示。两步上变换与直接变换相比，优点在于由于正交调制是在较低的频率完成的，工和Q之间的匹配很好，从而使两个比特流之间的串扰很少，但是两步上变换第二个上变换后而的带通滤波器要求都比较高，它需

26、要50-60dB来抑制无用的边带11。图6 两步发送器6 射频系统结构及其个元器件参数接收机的结构为超外差结构，信号经过两次下变频，RF频段的中心频率为3.SGHZ射频带宽为100MHZ，经过滤波器，低噪声放大器等器件对信号处理，然后与一个1G的本振混频，下变频到中频，中频中心频率为2.SGHZ，带宽为100MHZ，再经过滤波放大等处理进入IQ解调器，解调器的本振为2.5GHZ，然后混频处IQ四路基带信号(I+，I-，Q+, Q-)，它们的带宽为50MHZ，再经过放大和滤波处理进入ADC。发射机的结构为直接变频结构，信号只经过一次上变频从零频直接上变频到3.5GHZ,DAC输出信号先经过滤波放

27、大然后进入IQ调制器，IQ调制器的本振为3.5GHZ，经过上变频之后到达发射射频线路，发射射频信号经过滤波器之后经由PA调制之后再经过开关、天线发射出去接收机系统各器件参数如下:图7 接收链路器件(天线到IQ解调)参数接收链路(IQ解调器下来到ADC之前):图8接收链路器件(IQ解调到ADC之前)参数所用晶振为10MHZ，供给电压为3V，频率稳定度为2.5PPM，输出电压为0.8V第一级本振使用PLLI输出频率，第二级本振使用PLL2输出频率。巴伦的插损为0.54dB12。计算整个接收机的增益、噪声系数、IIP3得到:GRX min=33.96dB，GRX max=93.96dB，NFRX=3

28、.42dB，IIP3，RX=-15dBm。发射机系统各器件参数如下:图9 发射链路器件参数计算发射机的增益得到：GTX min=-31.5dBm，GTX max=29.1dBm。发射机的ACPR与OIP3有以下两个关系: ACPRTX=2(TX- OIP3)-9+n，其中TX为发射机功率，OIP3为发射机输出OIP3点，n为常数。可以看出OIP3越大，ACPR越小，性能越好，所以我们需要求出OIP3大小，经计算的OIP3=48dBm。根据经验，输出1dB压缩点在32dBm左右，因为发射机的功率要求在25dBm接收机结构理论上完全符合发射机功率输出要求13。7 射频系统仿真 射频系统仿真我们用A

29、DS(Advanced System Design)。 ADS(Advanced Design System)软件是Agilent公司在HPEESOF系列EDA软件基础上发展完善的大型综合设计软件。它功能强大能够提供各种射频微波电路的仿真和优化设计广泛应用于通信航天等领域。 射频和微波器件在小信号时，通常被认为工作在线性状态，是一个线性网络，在大信号工作时，被认为工作在非线性状态，是一个非线性网络。通常我们用S参数分析线性网络，谱波平衡法分析非线性网络。7.1 射频接收机频带选择性仿真频带选择主要由射频前端控制，它决定了接收机的频带，选择用ADS的S参数仿真。 射频和微波器件在小信号时，通常被

30、认为工作在线性状态，是一个线性网络，在大信号工作时，被认为工作在非线性状态，是一个非线性网络。通常我们用S参数分析线性网络，谱波平衡法分析非线性网络。电路图10由2级LNA和2级射频BPF组成，其频率选择性由滤波器决定。第一级的低噪放增益为23dB，噪声系数为1.6dB，带宽为1.5-8GHZ，第二级的射频滤波器插损为1.6dB ， ripple为0.4dB，中心频点在3.45GHZ，3dB带宽为120MHZ，第三级的低噪放和第一级低噪放一样，第四级的射频滤波器和第二级的滤波器一样14。图10接收机频带选择性仿真图10为接收机频带选择性仿真原理图，仿真上图得到图11接收机频带选择性仿真结果。图

31、11接收机频带选择性仿真结果图图11为接收机频带选择性仿真结果，纵坐标为S21 ,以dB形式表示，横坐标为频率，以GHZ为单位表示，仿真图上标记四个maker（ml， m2，m3 ，m4)， ml, m4表示的是通带内的正增益，ml表示在3.4GHZ频率上，S21为42.120dB ， m4表示在3.5GHZ频率上，S21为42.037dB，所以可以看出整个射频前端增益为42dB，其带内波动为0.5dB ，m2表示在3.3GHZ上，S21为-17.4dB，m4表示在3.6GHZ ，S21为-15.4dB。m2，m3表示了频率的衰减。7.2 接收机系统预算增益仿真把接收机分为2个部分，一部分是从

32、第一级低噪放到第二级下变频之前，另一部分是从第二级下变频到ADC之前，分别进行系统预算增益仿真。通过这个仿真将看到系统总增益在系统各个部分中的分配情况。预算增益仿真在谐波平衡分析以及交流分析中都可以进行。但如果在交流仿真中进行的话，混频器不能是晶体管级的。因为这里进行的是行为级仿真，混频器的线性特性是己知的，所以这里就用交流分析来进行仿真。图12为预算增益路径第一部分15。图12预算增益路径1图13表示预算增益路径1的仿真结果。图13预算增益路径1仿真结果图14为预算增益路径2的电路图。图14预算增益路径2图15表示为预算增益路径2仿真结果。图15预算增益路径2仿真结果7.3 接收机信道选择性

33、仿真 信道选择性功能完全由中频滤波器完成。信道选择性完全由整机系统的S参数仿真可以看出，仿真结果横坐标为接收机输入频率，纵坐标为S21以dB形式表示，从仿真结果图中可以看出整个接收机的选择性能和整个接收机的增益16。图16为整个接收机的电路图。图16 完整的接收机结构图图17为接收机信道选择性仿真结果图。图17 接收机信道选择性仿真结果图从仿真结果图中可以看出，ml标示的是在接收机的通带内整个接收机的增益为79.6dB，m2表示在3.6GHZ频率上，接收机信号衰减116.7dB ，m3表示在3.3GHZ频率上接收机的信号衰减123.16dB。通带内的波动不大于0.2dB。7.4 接收机噪声系数

34、仿真 接收机噪声系数仿真可以由S参数仿真得出。图18为接收机噪声系数电路图，图19为接收机噪声系数仿真结果图。图18 接收机噪声系数仿真电路图图19 接收机噪声系数仿真结果图从图19中的m4可得知在3 .4-3 . 5GHZ的频带内既是接收机的带宽内，整个接收机的噪声系数为3.614 dB，与我们的理论计算结果相比，仅仅高出了0.4dB。7.5发射机系统预算增益仿真 射频的发射机的作用是将基带信号转换成射频信号，并放大到足够的功率发射出去，使其能够传送到目的地。发射机主要包括调制部分和功放部分，原理并不复杂，但其设计由于各方面的原因变得复杂。发射机的功率放大器成本高昂，功耗很大。发射机在无线通

35、信终端成本和直流功率损耗上占了很大的比重。零中频发射机的直流偏移和本振自接受是个需要重点考虑的问题。零中频发射机并不存在直流偏移的问题，但发射机本振泄漏出去，再通过天线被接收机接收，这就会造成接收机的直流偏移，因此在设计发射部分时应该仔细考虑，尽量减少本振泄漏。零中频发射机的发射信号应该是个单边带信号，但因为工Q两路路径肯定不能完全一致，会引起工Q两路信号的不平衡，在相位和幅度上会有一定的偏差，以及本振信号可能有一定的相位偏差，这些问题都会造成载波和边带的不完全抑制，导致误码率的增加17。在发射机中，系统增益是最主要的指标之一，我们可以用预算增益仿真来观察发射机系统预算增益。我们仿真当在发射机

36、VGA最大增益状态下的增益预算仿真。VGA最大增益状态为6个dB的增益。图20为发射机最大增益状态增益预算仿真电路图。图20 发射机预算增益仿真电路图图21为发射机预算增益仿真结果。图21 发射机预算增益仿真结果上图为发射机增益预算仿真结果，纵坐标为增益，单位为dB，横坐标为每一级的器件，从图中可以看出经过每一级的器件之后总增益大小，图中ml可以看出在PA之后整个接收机的增益为31.22dB，这个仿真结果和计算结果差不多。7.6 Sallen-key滤波器的设计和仿真 Sallen-key是低通滤波器的一种，为二阶滤波器18。低通滤波器容许低频信号通过，但减弱(或减少)频率高于截止频率的信号的

37、通过。低通滤波器可分为一阶、二阶滤波器或者更高阶的滤波器。二阶滤波器对于削减高频信号能起到更高的效果。这种类型的滤波器的波特图类似于一阶滤波器，只是它的滚降速率更快。例如，一个二阶的巴特沃斯滤波器(它是一个没有尖峰的临界衰减 RLC)频率增加一倍时就将信号强度衰减到最初的四分之一(每倍频一12dB ）。其它的二阶滤波器最初的滚降速度可能依赖于创门的Q因数，但是最后的速度都是每倍频-12dB。Sallen-Key滤波器是一种流行的、广泛应用的二阶滤波器。他的成本很低，仅需一个运放和四个无源器件组成。但是换成Butterworth或Chebyshev滤波器就不可能这么容易的调整了。由于我们希望设计

38、一个低通滤波器代替接收机的低通滤波器，我们选择二阶Sallen-Key低通滤波器。我们选择的运放增益为64dB，共模阻抗为3.6M欧姆，输出阻抗为100欧姆，带宽为1GHZ，供给电压为5V。图22为Sallen-Key滤波器电路图图22 Sallen-Key滤波器仿真电路图图23为Sallen-Key滤波器仿真结果图。图23 Sallen-Key滤波器仿真结果图22中Sallen-Key采用S参数仿真，S参数仿真器起止频率从0GHZ到截止频率100MHZ，步进为1MHZ。在输入端和输出端都采用50欧姆匹配成输入输出阻抗都为50欧姆。进行S参数仿真出S21指标19。图23为仿真结果图，横坐标为功

39、率频率，纵坐标为S21以dB形式表示。图中有两个maker点，ml表示在50MHZ频率上S21为-4dB，表示低通滤波器的3dB带宽大概为四十几MHZ,m2表示在0GHZ频率上S21为0.02dB，表示低通滤波器在通带内的增益为0.02dB，大概相当于0dB，相当于增益为为120。8 总结在本文中，完成了一个移动通信的射频收发机系统，所做的工作可分为射频系统的指标分解、计算，前期的器件调研和选型，射频系统方案的设计和搭建，进行ADS的系统仿真。经过测试，其收发机的性能指标基本满足要求。电源的处理是一个比较值得关注的问题，一个比较好的电源也会使得收发机的性能有一点提升。射频发展趋势为采用软件无线

40、电的思想，尽量减少模拟环节，把数字化处理尽量靠近天线。若想开发出能应用于新一代移动通信的射频系统，还须付出相当多的工作。参考文献1 李世鹤，杨弊.第三代移动通信系统之发展.电信工程技术与标准化:11-152 颜永庆.第三代移动通信系统的发展、关键技术及未来展望.江苏通信技术，2003,19(4):10-18.3 B.Razavi著，余志平译.射频微电子.第一版，清华大学出版社.4 B.maoz and A.Adar.GaAsICReceivers for WirelessCommunications.Microwave J.,pp.102一114,January 2006.5 WCDMA射频指

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42、2004,2,1.10 宋晓维，刘进，田玲.WCDMA移动终端(MT)射频模块的研制.移动通信，2003,1:88-9011 陈邦媛.射频通信电路.科学技术出版社，2002: 55-89.12 Bala Ramachandran, John Vasa, Aravind Loke. Key Specifications and Implementation ofWCDMAReceiver .VLSI Technology Systems and Applications,2001 .Proceedings ofTechnicalPapers. 2001 International Symposi

43、um on,18-20,Apri12001.13N. Swanberg, J. Phelps, and M.Recouly,WCDMA Cross Modulation Effects and Implications for Receiver Linearity Requirements. 2002 IEEE Radio and Wireless Communications, pp.14 土志华，吴恩德.CMOS射频集成电路的现状与进展.电子学报，2001(2).15 池保勇，余志平，石秉学.CMOS射频集成电路分析与设计.北京:清华大学出版社，2006.16 张玉兴.射频模拟电路.电子工

44、业出版社，2002.17 朱晓维.移动通信中射频技术的研究.东南大学博士论文，2000.18 O.K.Jensen.RF Receiver Requirement For 3C WCDMA Mobile Equipment.MicrowaveJournal Feb,2000.19 李亚卓，许晓东，陶小峰，张平.基于M1M0-OFDM的新一代移动通信射频子系统设计.微波学报，2007.8，第23卷增刊.20 Jigang Liu, Ronghui Wu,Qingxin Su.RF transceiver requirements and architectures for TD-SCDMA UE

45、 RF transceiver requmements Technology and architectures for TD-SCDMA UE. Microwave and Millimeter Wave 2002. Proceedings.ICMMT 2002.2002 3rd International Conference on,17-19 Aug.2002.心得体会射频技术在无线通信领域具有广泛的、不可替代的作用。在着手写这篇论文之前我们对课题的选择讨论了很长时间，最后我和靳立兴觉得无线通信射频收发机很好的结合了我们专业和微波这门课程，而且技术很前沿。因为我们的是两个人一起合作完成的

46、这篇论文，所以我们各自写了对自己研究的模块的心得体会。但是中英文摘要、引言、前景、国内外动态、参考文献都是由我们共同完成的。李夏： 这篇文章我主要是对无线通信射频发送机的原理及仿真实现进行了浅显的研究论述。主要包括：直接变化发送器、两步发送器、 发射链路器参数设计、发射机增益计算和仿真、滤波器仿真。确立课题后我们做了比较全面的调研，当然大部分是在电子图书馆找到的一些相关资料。关于这项技术看起来很形象并不难上手，但其实不然，在阅读几篇文献后我发觉对它的结构原理的理解难以深入，仿真实现也是很棘手。不过在我的搭档的配合下我不断的理清头绪，梳理出比较完整的论述架构。在此，我很感谢靳立兴同学，他比较熟练

47、的专业水平特别是对各功能电路的深入理解帮助了我后续工作的进行。当然值得一提的是我们这篇文章还是借鉴了很多优秀论文的对无线射频技术的精彩论述。最重要的仿真参数由于时间和自身能力的限制我们借用了他们的设计，不过我们在ADS上的实验是很成功的。总得来说，我认为通过这篇论文我学到了或者说是更深的认识了射频电路，这是本科我不曾了解的东西，理论在实际的操作中我们面临的挑战是无所不在的，当然任何的瓶颈只要你有毅力肯下功夫还是可以解决的。最后我要感谢孟老师在微波这门课程给予我们的知识补养，让我们对一门课程有更深入的认识。靳立兴： 这篇文章我主要是对无线通信射频接收机送机的原理及仿真实现进行了相关的的研究论述。

48、主要包括：超外差接收机、零差接收机、接收链路器件参数设计、接收机增益计算及仿真、接收机频带和信道选择性仿真和噪声系数仿真。由于前面我的搭档李夏对发送机原理和相关仿真实现做了比较详细的论述，接下来我对接收机理论和实现的理解也就相对顺当一点。关于超外差和零差接收机的选择个人认为零差不是超外差补充改进，零差接收机它有它的优势特点也有不足之处，比如信道选择和频率偏移。仿真那块是我花费时间和精力相对多的地方，由于参数的设计比较抽象我同样是借鉴了一些优秀论文的数据设置。在ADS上实验的时候也是遇到了这样那样的小问题，不过在仔细阅读了一些文献后也都一一解决了。不难看出我们的这篇小论文主要就是仿真设计，通过比较详细的仿真图和参数我们向读者展示了一个形象的射频收发机的原理实现过程，读者可以从中相对容易的理解这项技术的主要内容和实现方法。最后同样感谢孟老师在专业知识领域给我们的帮助，并预祝