认知无线电频谱探测接收机中混频器的研究与设计

摘要

本文设计了一种应用于认知无线电频谱探测接收机的工作在470～870 MHz的有源双平衡混频器模块。
　　 本文首先给出了混频器模块的研究背景，介绍了当今社会解决频谱资源利用率低的有效方案—认知无线电技术，对其研究意义、概念描述和研究现状进行逐一介绍。然后给出了各种接收机结构，分析了每种接收机的优点和缺点，确定了本文的频谱探测接收机系统结构。
　　 其次，本文对混频器模块进行了详细的研究。介绍了混频器的工作原理、实现方法，对各种混频器结构进行了比较分析，确定了本文设计的混频器的基础。然后，在此基础上对混频器进行了改进设计，对每种改进方法进行了详细的理论分析，确定了每种改进方法的理论可行性。通过在跨导级采用多双曲正切法，开关级采用电流注入技术，负载级选择用LC谐振网络实现，得到了改进的混频器拓扑结构图。
　　 基于TSMC0.18um RF CMOS工艺，采用Cadence软件的Spectre RF仿真工具，对设计的混频器电路进行了仿真验证。仿真结果表明，设计的混频器电路的电压转换增益在工作频段内达到26.13～26.185 dB，在中频频率处的噪声系数范围为14.498～14.60dB，三阶互调截断点为7.03～10.36 dBm，各个端口的最大馈通值小于-55 dB，电源电压为1.8V时，电路功耗为21.6 mW。最后对混频器电路进行了版图设计，并且进行了相应的DRC、ERC、LVS检查，验证了版图设计的正确性。本文所设计的混频器具有较好的性能指标，完成了接收机系统对混频器模块的要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1认知无线电简介

1.1.1研究背景

1.1.2认知无线电概念综述

1.1.3国内外研究现状

1.1.4小结

1.2 CMOS射频集成电路简介

1.2.1射频集成电路设计

1.2.2工艺选择

1.2.3研究现状

1.2.3小结

1.3本文的结构安排

第二章 频谱探测接收机

2.1引言

2.2超外差式接收机

2.3零中频接收机

2.4低中频接收机

2.5镜像抑制结构接收机

2.5.1 Hartley结构

2.5.2 Weaver结构

2.6二次混频接收机

2.7射频频谱探测接收机结构设计

第三章 混频器概述

3.1引言

3.2混频器工作原理

3.3模拟混频器的实现方法

3.4混频器分类

3.5常见混频器结构

3.5.1单端混频器

3.5.2单平衡混频器

3.5.3双平衡混频器

3.6混频器的主要性能参数

3.6.1转换增益

3.6.2噪声系数

3.6.3线性度

3.6.4隔离度

3.6.5阻抗匹配

3.7混频器的研究现状

3.8小结

第四章 混频器的设计

4.1总体设计概述

4.2跨导级电路设计

4.3开关级电路设计

4.4负载级电路设计

4.5混频器电路结构设计

4.6偏置电路设计

4.7元器件主要参数设计

4.8小结

第五章 混频器性能仿真

5.1测试电路

5.2性能指标仿真

5.2.1输出信号

5.2.2转换增益

5.2.3噪声系数

5.2.4线性度

5.2.5隔离度

5.2.6阻抗匹配

5.3小结

第六章 版图设计

6.1版图设计中注意事项

6.2混频器版图设计

6.3版图验证

6.4小结

结 论

1已有工作总结

2存在问题及展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致 谢