射频接收系统的设计与仿真

1 前言 (2)

2 工程概况 (2)

3 正文 (2)

3.1零中频接收系统结构性能和特点 (3)

3.2基于ADS2009对零中频接收系统设计与仿真 (3)

3.3超外差接收系统结构性能和特点 (12)

3.4基于ADS2009对超外差接收系统设计与仿真 (13)

4 有关说明 (16)

5 心得体会 (18)

6 致谢 (18)

7 参考文献 (19)

射频是一种频谱介于75kHz-3000GHz之间的电波，当频谱范围介于20Hz-20kHz之间时，这种低频信号难以直接用天线发射，而是要利用无线电技术先经过转换，调制达到一定的高频范围，才可以借助无线电电波传播。射频技术实质是一种借助电磁波来传播信号的无线电技术。

无线电技术应用最早从18世纪下半段开始，随着应用领域的扩大，世界已经对频谱进行了多次分段波传播。当前，被广泛采用的频谱分段方式是由电气和电子工程师学会所规定的。随着科学技术的不断发展，射频所含频率也不断提高。到目前为止，经过两个多世纪的发展，射频技术也已经在众多领域的到应用。特别是高频电路的应用。其中在通信领域，射频识别是进步最快的重要方面。

工程概况

近年来随着无线通信技术的飞速发展，无线通信系统产品越来越普及，成为当今人类信息社会发展的重要组成部分。射频接收机位于无线通信系统的最前端，其结构和性能直接影响着整个通信系统。优化设计结构和选择合适的制造工艺，以提高系统的性能价格比，是射频工程师追求的方向。由于零中频接收机具有体积小、成本低和易于单片集成的特点，已成为射频接收机中极具竞争力的一种结构，在无线通信领域中受到广泛的关注。本文在介绍超外差结构和零中频结构性能和特点的基础上，对超外差结构和零中频结构进行设计与仿真。

正文

下面设计一个接收机系统，使用行为级的功能模块实现收信机的系统级仿真。

3.1零中频接收系统结构性能和特点

3.1.1 零中频接收系统结构性能

通过上面的介绍可知零中频接收机的本振与接收信号的载波频率相同，因此它的结构如图3.1

图3-1（零中频接收机结构框图）

3.1.2零中频接收系统特点

零中频(Zero IF)或直接变换(Direct-Conversion)接收机具有体积小、成本低和易于单片集成的特点，正成为射频接收机中极具竞争力的一种结构。由于零中频接收机不需要片外高Q值带通滤波器，可以实现单片集成，而受到广泛的重视。其结构较超外差接收机简单许多。接收到的射频信号经滤波器和低噪声放大器放大后，与互为正交的两路本振信号混频，分别产生同相和正交两路基带信号。由于本振信号频率与射频信号频率相同，因此混频后直接产生基带信号，而信道选择和增益调整在基带上进行，由芯片上的低通滤波器和可变增益放大器完成。

零中频接收机最吸引人之处在于下变频过程中不需经过中频，且镜像频率即是射频信号本身，不存在镜像频率干扰，原超外差结构中的镜像抑制滤波器及中频滤波器均可省略。这样一方面取消了外部元件，有利于系统的单片集成，降低成本。另一方面系统所需的电路模块及外部节点数减少，降低了接收机所需的功耗并减少射频信号受外部干扰的机会。

设计一个零

3.2基于ADS2009对零中频接收系统设计与仿真

3.2.1搭建射频前端电路与接收机频带选择性仿真

图3-2（频带选择性仿真电路）

-100-120

freq, GHz

d B (S (2,1))

m1

m2

m1

freq=dB(S(2,1))=20.000Max

2.140GHz m2

ind Delta=dep Delta=-25.583Delta Mode ON

-7.000E7

图3-3（射频器前端带宽仿真曲线）

m1

m2

2.05

2.10

2.15

2.20

2.25

2.00

2.30

-200-4020

freq, GHz

d B (S (2,1))

m1

m2

freq=dB(S(2,1))=19.915

2.170GHz ind Delta=dep Delta=0.012Delta Mode ON

-6.000E7

图3-4（修改坐标后的仿真曲线）

M2表示接收机射频前端的接收带宽为6MHz ，与WCDMA 系统对移动终端下行链路的要求

是吻合的，而且通带内的波动不超过0。125dB 。

3.2.2 完整接收机电路的搭建及接收机信道选择性仿真

图3-5（完整接收机原理图）

freq, GHz

d B (S (2,1))

m3

ind Delta=dep Delta=Delta Mode ON

m1

freq=dB(S(2,1))=95.984

2.139GHz

图3-6（信道选择性仿真曲线）

95.2595.5095.7596.0096.2596.50

96.7595.00

97.00d B (S (2,1))

m3

ind Delta=dep Delta=Delta Mode ON

m1

freq=dB(S(2,1))=95.984

2.138GHz

由图3-6可知，中心频率2.14GHz处的增益为95.99db，为系统的最大增益，领道抑制达到了32.76db，优于设计目标。由图3-7可知，频带带宽为3MHz，一般接收的信息都集中在离中心频率2MHz的范围内，因此不会导致受到的信号产生比较大的失真，通带内的波动不大于0.15dB。

3.2.3 接收机系统预算增益仿真

通过该仿真可以看到系统总增益在系统各个部分中的分配情况。预算增益仿真真的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，混频器的非线性性特征是已知的，所以用交流来分析。

图3-8（预算路径设置）