gsm_gprs无线通信模块射频部分硬件设计

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1、GSM_GPRS无线通信模块射频部分硬件设计GSM/GPRS无线通信模块射频部分硬件设计文/王国强1、引言随着无线通信技术的发展，各种无线通信设备已经广泛应用于人们日常生活、工作的各种场合，为人们的生产、生活提供了各种便利。芯讯通(SIMCom，以下简称SIMCom)作为一家专业的无线通信模块设计、销售公司，立志于为客户提供高集成度、易于使用的各种无线通信模块，以帮助客户更好的实现各种无线通信应用方案的设计。SIMCom提供的无线通信模块具有极高的集成度，客户的集成和使用非常的简单和便利，只需要添加一些简单的外围接口电路（如SIM卡电路、电源电路、通信接口等），即可完成产品无线通信功能的设计

2、，而实现无线通信功能所必需的信号处理电路、收/发信机电路等则都已集成在SIMCom提供的无线通信模块中了。一个简单的基于SIMComGSM/GPRS无线通信模块的产品硬件框图如图1.1所示：图1.1典型的产品硬件框图虽然SIMComGSM/GPRS无线通信模块具有极高的集成度，但客户的外围设计仍然相当重要。其中，天线、天线外围电路以及电源电路部分的设计，显得尤为关键，如设计不当，将会导致产品最终的射频性能受到较大的影响。基于此，为使客户能够更好的使用SIMCom提供的GSM/GPRS无线通信模块，设计出性能优越的GSM/GPRS移动通信终端产品，缩短客户产品的设计周期，本文就影响产品射频性能

3、的一些关键部分，从理论基础及实际设计两方面，给出必要的建议供客户参考。全文内容主要分为三个部分，第一部分介绍一些基本的理论知识，其中涉及传输线，阻抗匹配及开关电源干扰特性分析等；第二部分介绍推荐的天线外围电路及电源电路设计；第三部分给出PCB设计的一些重要原则。2、一些基本理论2.1传输线所谓传输线，是指能够导引电磁波沿着一定方向传输的导体、介质、或由它们共同组成的导波系统。广义的说，在射频电路设计中，传输线是最重要的基本元件。传输线有多种形式，且传输线的形式与所传输的电磁波的波型有关。在射频电路设计中，常见的传输线形式有双导线、同轴线、带状线和微带线等，其结构如图2.1所示。平行双导线同轴

4、线带状线微带线图2.1常见传输线结构在工程实践中，应根据不同的应用场合，选择合适的传输线形式，具体如表2.1所示：由于传输线主要用来导引高频电磁波，此时，传输线的长度与高频电磁波的波长是可比拟的，因此，在讨论传输线的特性时，就不能直接应用集总参数理论去进行分析了，而必须考虑到所传输的电磁波的波特性。但是，当把传输线切割成任意无限小的较小线段时，集总参数的电路理论却仍然是成立的。可以得出任意无限小的一小段传输线的等效电路如图2.2所示：z)z)图2.2任意无限小传输线等效电路在工程实践中，对传输线特性的分析，通常用传输线的输入阻抗、特性阻抗、反射系数、驻波比以及反射损耗等参数来衡量。1、特性阻

5、抗在传输线理论中，传输线的特性阻抗是一个非常重要的概念，是指传输线上入射波电压与电流之比，或反射波电压与电流之比的负值。其定义式为：V?V?(R?j?L)Zo???????IIk在上式中，V?为入射波电压；I?为入射波电流；V?为反射波电压；I?为反射波电流。对于理想的无耗传输线模型，R?G?0，特性阻抗的表示式可进一步简化为：Zo?对于不同的传输线模型，特性阻抗的计算公式总结如表2.2所示：表2.2不同结构传输线特性阻抗计算公式2、输入阻抗传输线上某一点z处的输入阻抗，定义为在该点电压和电流之比，即Zin(z)?ZoZL?jZotan(?z)(2.3)Zo?jZLtan(?z)在上式中，Z

6、L为负载阻抗；Zo为传输线的特性阻抗；?为电磁波的相速度；z为该点与负载之间的距离。3、反射系数传输线上任一点处反射波的大小，可以用反射系数来表示。其定义为，传输线上改点反射波电压与入射波电压之比，即V?(z)?(z)??(2.4)V(z)特别地，在终端负载处，即z?0处，反射系数为：?o?ZL?Zo(2.5)ZL?Zo同样，可以得到在传输线的输入端，反射系数为：?in?Zs?Zo(2.6)Zs?Zo4、电压驻波比当传输线终端负载与传输线特性阻抗不相等时，产生的反射波大小还可用驻波比（VSWR）来表示。其定义为，传输线上电压或电流的最大值和最小值之比，即VSWR?

7、Vmax

8、

9、Imax

10、?(

11、2.7)

12、Vmin

13、

14、Imin

15、进一步地，还可以用终端负载处的反射系数来表示：VSWR?1?

16、?o

17、(2.8)1?

18、?o

19、5、反射损耗在实际电路中，信号源阻抗和传输线特性阻抗之间，总是会存在一定程度的失配，从而导致信号功率的损耗。这部分损耗，通常定义为反射损耗，可表示为：RL??10log(Pr)??10log

20、?in

21、2(2.9)Pi上式中，Pr为因阻抗失配产生的反射功率；Pi为传输线的输入功率；?in为传