智能天線(xiàn)射頻前端電路的研究和設(shè)計(jì)

智能天線(xiàn)射頻前端電路的研究和設(shè)計(jì)1、引言隨著移動(dòng)通信事業(yè)在全球范圍內(nèi)的迅猛發(fā)展，我國(guó)的移動(dòng)通信總用戶(hù)已經(jīng)躍居世界第一。作為通信強(qiáng)國(guó)，國(guó)內(nèi)許多大學(xué)和公司致力于通信事業(yè)的研究和發(fā)展，并與九十年代初，提出了我國(guó)第一個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的通信標(biāo)準(zhǔn)TD-SCDMA，它成為了第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中三大主流標(biāo)準(zhǔn)之一。其中，智能天線(xiàn)是第三代移動(dòng)通信技術(shù)及三代以后移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的主要研究方向之一。應(yīng)用智能天線(xiàn)，可以有效抑制多址干擾，成倍的提高系統(tǒng)容量，極大的改善頻譜的使用效率，是解決近年來(lái)移動(dòng)數(shù)目急劇增加，頻譜資源匱乏的有效途徑。在移動(dòng)通信系統(tǒng)的基站設(shè)備結(jié)構(gòu)中，射頻前端模塊位于天線(xiàn)單元與中頻處理單元之間，其作用是為基站與用戶(hù)終端之間的通信提供信號(hào)通道。作為智能天線(xiàn)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，在一定程度上決定了整個(gè)系統(tǒng)的通信質(zhì)量。2、射頻前端在智能天線(xiàn)中的作用和構(gòu)成在智能天線(xiàn)接收系統(tǒng)中，射頻前端的任務(wù)是對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大及頻率變換，以滿(mǎn)足A/D采樣的要求，射頻前端輸出信號(hào)的質(zhì)量直接決定了整個(gè)智能天線(xiàn)系統(tǒng)的性能。它包括收信單元和發(fā)信單元，其中收信單元的主要作用是接收來(lái)自用戶(hù)發(fā)出的上行射頻信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行濾波、放大和下變頻處理，然后對(duì)變頻后的模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換和解調(diào)，產(chǎn)生需要的數(shù)字I/Q信號(hào)，送往基帶處理單元；發(fā)信單元的主要功能是對(duì)基站基帶處理單元送來(lái)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制以及數(shù)模轉(zhuǎn)換，然后上變頻到規(guī)定的射頻頻段并進(jìn)行功率放大，最后通過(guò)天線(xiàn)發(fā)射。射頻前端的典型原理框圖如圖1所示。圖1：智能天線(xiàn)射頻前端工作原理框圖3、接收機(jī)射頻前端特性收信機(jī)的設(shè)計(jì)目的就是在引入盡可能最小的干擾的情況下，將輸入的電磁能量轉(zhuǎn)變成有用的信號(hào)。一般情況下，收信機(jī)的性能指標(biāo)主要由以下幾個(gè)指標(biāo)衡量：（1）接收參考靈敏度電平：接收參考靈敏度是指在確保誤比特率（BER）不超過(guò)某一特定值的情況下，即保證能對(duì)信號(hào)正確解調(diào)的情況下，接收機(jī)接收的最小信號(hào)電平。

（2）鄰道選擇性：鄰道選擇性指接收機(jī)濾波器在指定信道頻率上的衰減與在相鄰信道頻率上的衰減比值。鄰道選擇性的強(qiáng)弱，直接影響著射頻收信機(jī)的接收性能。

（3）動(dòng)態(tài)范圍：對(duì)于收信機(jī)來(lái)說(shuō)，其接收動(dòng)態(tài)范圍指在滿(mǎn)足一定的通信質(zhì)量的前提下它能夠處理的最小與最大信號(hào)功率范圍。

（4）雜散抑制：雜散抑制是指接收機(jī)對(duì)有用信號(hào)以外的其他雜散信號(hào)（如寄生信號(hào)、本振泄漏等）的抑制能力。典型的接收機(jī)設(shè)計(jì)主要有超外差接收機(jī)和零中頻接收機(jī)兩種形式。零中頻接收機(jī)或者接近零中頻接收機(jī)又叫直接變換接收機(jī)，這是近年來(lái)比較偏愛(ài)的一類(lèi)接收機(jī)，但零中頻接收技術(shù)上還有些問(wèn)題。超外差接收機(jī)是最為普遍的接收機(jī)，它比零中頻接收機(jī)具有更好的噪聲性能，能有效的抑制接近有用信號(hào)的干擾，因此，TD-SCDMA系統(tǒng)適宜采用這種超外差接收機(jī)的方案。4、接收機(jī)射頻前端的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)在TD-SCDMA射頻收信機(jī)模塊中考慮二次變頻方案，這是因?yàn)樵诓煌l率點(diǎn)分配增益穩(wěn)定性較好，并且更多的優(yōu)化濾波可提高接收機(jī)抗干擾能力。圖2為射頻前端發(fā)信機(jī)結(jié)構(gòu)圖。圖2：射頻前端發(fā)信機(jī)結(jié)構(gòu)圖RF前端包括射頻濾波器（RFFliter），低噪聲放大器（LNA），中頻濾波器（IFFliter），中頻放大器（IFAmplifier），混頻器（MIX）。各部分電路的作用如下：

（1）RFFliter1一般叫做預(yù)選器，它具有良好的單向性能和良好的反向隔離性，防止除接收頻率以外的干擾信號(hào)進(jìn)入和防止本振（或發(fā)射）信號(hào)通過(guò)接收天線(xiàn)泄漏；

（2）LNA選擇低噪聲、高增益的集成放大器，目的是補(bǔ)償預(yù)選器的損耗、提高系統(tǒng)的信噪比、加強(qiáng)混頻器/本振電路與輸入端口之間的隔離；

（3）1stIFFliter主要是實(shí)現(xiàn)鏡像抑制，在高放后必須有抑制，否則高放的噪聲系數(shù)會(huì)由于放大后的鏡像噪聲混頻進(jìn)入信道而成倍增加。1stIF越高鏡像抑制濾波器的通頻帶越寬；

（4）1stIFAmplifier的作用為補(bǔ)償混頻器的損耗，提供給2stIFAmplifier足夠電平；

（5）IFFliter2實(shí)際上是一個(gè)低通濾波器，主要是抑制放大、混頻產(chǎn)生組合的干擾和雜波以及取出中頻信號(hào)。在混頻器選擇低端輸入，某些干擾信號(hào)可能在射頻信號(hào)的低端產(chǎn)生，特別是在數(shù)字本振電路中，低端的中頻干擾信號(hào)會(huì)泄漏到混頻器的輸入端，混頻器對(duì)中頻干擾相當(dāng)于一級(jí)放大器，能順利的通過(guò)后面的電路而形成干擾；

（6）MIX1變頻采用的是低噪聲、大動(dòng)態(tài)、隔離度高的DMOS場(chǎng)效應(yīng)管集成的無(wú)源雙平衡混頻器。MIX2變頻采用的是無(wú)源雙平衡混頻器。5、仿真結(jié)果根據(jù)3GPP標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)收信鏈路設(shè)計(jì)進(jìn)行了仿真，對(duì)收信鏈路的各個(gè)器件建立相關(guān)模型