开放频率2.45GHz方向回溯天线前端电路研发

摘要

无线通信系统中，天线是实现信号收发和保证数据可靠传输的关键部件。作为一种新兴的智能化天线，方向回溯天线在来波信号到达之前处于全向接收状态，确保接收不同方向的来波信号;当信号到达后，天线由全向变为定向，在相同的发射功率下，增加了节点间的通信距离，提高了整体系统抵抗环境变化的能力。实现方向回溯功能的方案主要有角反射器、VanAtta阵列和相位共轭(PON)阵方案。针对2.45GHz开放频率小型化、短距离通信的特点，论文选取相位共轭方案来实现方向回溯功能
　　 相位共轭(PON)阵方案中，前端电路是实现方向回溯功能的重要组成部分。通过馈入两倍频的射频本振(LocalOscillator,LO)与每一个天线单元的接收信号(RadioFrequency,RF)相混频，由此获得来波信号的相位共轭信号，自动跟踪来波方向。因此，确保混频电路正常工作以得到相位共轭信号是实现方向回溯功能的关键。来波信号在与本振信号进行二倍混频前需经过前置带通滤波器筛选有用信号，混频结束后仍需经过中频滤波器滤除杂波信号。采用平行耦合微带线结构的带通滤波器既能与微带贴片天线共形又能提供较高性能的通带响应和陡峭的通带一阻带过渡，符合系统的需求。但耦合微带线自身固有的寄生效应会在通带外生成寄生通带，影响混频器输出，干扰方向回溯天线的正常工作，因此需要对滤波器结构做出改进以消除寄生通带的影响。采用级联多级L-C等效电路的结构增强滤波器的带外抑制能力，同时降低了由级联结构引起的通带起伏。实验结果表明通带内损耗约为1.5dB，寄生通带处的衰减大于-40dB。此外，为实现节点间的远距离通信、应对路径衰减、保证通信链路的可靠有效，方向回溯天线的收发两端需提供放大器部件。为了不影响整体电路的性能，对引入的放大器噪声系数有严格要求，因此论文中另一个重要内容就是前端电路中低噪声放大器的研制。在分析了系统性能要求后给出了低噪声放大器的指标并分别从晶体管选型、匹配网络设计与优化、SP模型仿真到封装模型仿真等各个环节进行了理论分析与探讨，为低噪声放大器的深入研究提供了一个可参考方案。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 方向回溯天线的发展现状

1．3 论文的主要工作

第二章 滤波器理论及主要方法

2．1 滤波器概述

2．2 滤波器的参数

2．3 滤波器的设计方法

2．3．1 归一化低通原型滤波器

2．3．2 巴特沃斯低通滤波器

2．3．3 切比雪夫低通滤波器

2．3．4 椭圆函数滤波器

2．4 滤波器的频率变换

2．4．1 从低通原型到带通滤波器的频率变换

2．5 集总参数带通滤波器的设计

2．6 集总参数到分布参数的变换

2．6．1 Richards变换

2．6．2 Kuroda规则

2．7 微带线滤波器

2．7．1 Kuroda规则实现滤波器

2．7．2 高低阻抗线实现滤波器

2．7．3 耦合微带线滤波器

2．8 本章小结

第三章 平行耦合微带线滤波器

3．1 滤波器技术指标

3．2 平行耦合微带线滤波器

3．2．1 利用ADS的计算工具完成对平行耦合微带线的计算

3．2．2 原理图仿真

3．3 耦合微带线的寄生效应

3．3．1 寄生通带对PON阵混频的影响

3．3．2 寄生通带的抑制

3．4 本章小结

第四章 低噪声放大器

4．1 微波晶体管放大器的理论基础

4．1．1 低噪声双极晶体管

4．1．2 低噪声GaAs FET

4．2 微波晶体管放大器特性

4．2．1 微波晶体管放大器的增益

4．2．2 放大器的稳定性

4．2．3 放大器输入输出驻波比

4．2．4 放大器的噪声

4．3 常用的晶体管放大器设计类型

4．4 低噪声放大器设计

4．5 封装模型的设计仿真

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文和科研情况