软件无线电的硬件实现-射频电路设计

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1、软件无线电的硬件实现－射频电路设计1第五章软件无线电的硬件实现－射频电路设计1软件无线电是建立在一个通用的硬件平台之上的，这个通用平台具有模块化、开放性、可扩展性等特点。软件无线电的硬件平台主要由一下几个部分组成：模拟射频前端、宽带A/D和D/A、数字上下变频器、高速数字信号处理等。5．1射频前端各模块的性能指标图5.1是射频前端收发电路。从图中可以看出一个典型的射频电路分为发射和接收两个部分。每个部分包括以下几个模块：开关（功率分配器）、低噪声放大器(LNA)、混频器(MIXER：降频器和升频器)、射频滤波

2、器和本地振荡器，功率放大器(PA)、中频滤波器和中频放大器。图5.1是射频发射与接收电路在发送信号时，从基带模块送出的模拟信号，经中频放大、混频器中的升频器、功率放大器(PA)，然后再通过天线发送出去。通过天线接收进来的射频信号经滤波和低噪声放大器(LNA)放大后，与本地振荡器所产生的本地振荡信号经混频器混频(这里是降频器)，产生固定的中频信号IF，然后，经放大后送到基带部分。典型的射频收发设备除了功耗、速度、成品率等性能要求外，还要面对噪声、线性范围、增益等指标。分析整个射频通信机，最重要的器件就是放大器，

3、混频器和振荡器。下面详细分析各射频电路模块的性能指标。软件无线电的硬件实现－射频电路设计15.1.1放大器由图5.1可以看出，射频通信电路中的放大器包括接收机的低噪声小信号放大器和发射机的射频功率放大器。低噪声放大器(1ow-noiseamplifier，简称LNA)是射频接收机前端的主要部分。它主要有四个特点：首先，它位于接收机的最前端，这就要求它的噪声越小越好。为了抑制后面各级噪声对系统的影响，还要求有一定的增益，但为了不使后面的混频器过载，产生非线性失真，它的增益又不宜过大。其次，它所接收的信号是很微弱

4、的，所以低噪声放大器必定是一个小信号线性放大器，而且由于受传输路径的影响，信号的强弱又是变化的，在接收信号的同时又可能伴随许多强干扰信号混入，因此要求放大器有足够大的线性范围，而且增益最好是可调节的。第三，低噪声放大器一般通过传输线直接和天线或天线滤波器相连，放大器的输入端必须和它们很好的匹配，以达到功率最大传输或最小的噪声系数，并能保证滤波器的性能。第四，应具有一定的选频功能，抑制带外和镜象频率干扰，因此它一般是频带放大器。放大器中的晶体管有两种描述方法:一、是物理等效电路模型，模型中的参数都有一定的物理意

5、义，这种等效电路适用的频率范围较宽。目前的射频集成电路工艺包括双极(bipolar)、GaAs和CMOS工艺。工作频率最高的是GaAs器件，GaAs是一种化合半导体材料，性能稳定、工艺成熟，它的最高频率达到50～100GHz，在超高速微电子学和光电子学中占据了重要地位，近几年来特别在超高速、低噪声方面发展极快。二、是用网络参数表示的网络模型，在射频段最合适的参数是S参数，这是一组特定频率下的线性参数。S参数也称散射参数，暗示为事物分散为不同的分量，散射参数即描述其分散的程度和分量的大小。在电子系统中，它有两个

6、分量：入射波和反射波，因此S参数是基于入射波和反射波之间关系的参数。S参数在射频段很容易测量，特别适合用于微波段的系统分析。软件无线电的硬件实现－射频电路设计15.1.1.1低噪声放大器低噪声放大器的主要指标是：低的噪声系数(NF)、足够的线性范围(IIP3)、合适的增益(gain)、输入输出阻抗的匹配(VSWR)、输入输出间良好的隔离。对于移动通信还有一个很重要的指标是低电源和低功耗，原因是移动通信中，接收机处于等待状态时，射频前端电路一直是工作的，因此低功耗是十分重要的。下面分析影响这些指标的因素，特别要

7、强调的是，所有这些指标都是互相牵连的，甚至是矛盾的。它们不仅取决于电路的结构，对集成电路来说，还取决于工艺技术。在设计中如何采用折衷的原则，兼顾各项指标，是很重要的。1、低功耗LNA是小信号放大器，必须给它设置一个静态偏置。而降低功耗的根本办法是采用低电源电压、低偏置电流，但伴随的结果是晶体管的跨导减小，从而引起晶体管及放大器的一系列指标的变化。2、工作频率放大器所能允许的工作频率与晶体管的特征频率fT有关。减小偏置电流的结果使晶体管的特征频率降低。在集成电路中，增大晶体管的面积使极间电容增加也降低了特征频率

8、。3、噪声系数1）放大器的噪声系数与工作点有关。2）晶体管放大器的噪声与基区体电阻有关。4、增益低噪声放大器的增益要适中，过大会使下级混频器的输入太大，产生失真。但为了抑制后面各级的噪声对系统的影响，其增益又不能太小。放大器的增益首先与管子跨导有关，跨导直接由工作点的电流决定。其次放大器的增益还与负载有关。5、增益控制低噪声放大器的增益最好是可控制的。在通信电路中，控制增益的方法一般有以下几种：改变