Ku波段收发机射频前端的研究与设计

摘要

随着科学技术迅猛发展，卫星通信系统和雷达系统等无线通信系统已经广泛应用于军事、商业和科研等各个重要领域。射频前端作为无线系统中的一个重要组成部分，其性能的好坏对无线系统的稳定性、工作带宽、动态范围等参数有决定性的影响。因此，对射频收发前端的研究有极大地必要性。
　　Ku波段和Sub-1GHz波段是无线通信中的两个重要频段。Ku波段相对于C波段，具有接收天线效率高，频带宽，且受地面微波辐射干扰小的特点，因此广泛应用于卫星通信；Sub-1GHz波段，如：314-316MHz、433.00-434.79 MHz和862-870MHz，被用于短距离无线传输，在传感器及仪表领域以及物联网相关领域大量使用[1]。本文针对如何在这两个热点波段实现变频传输的问题，设计了基于锁相环技术和四次谐波变频技术的射频前端设计方案，最终结合LCD显示终端验证了传输数据的准确性。
　　本文设计的Ku波段射频前端包括发射端和接收端两部分。在发射端，将载波频率为315MHz的Sub-1GHz调制信号通过四次谐波混频器直接变频至载波频率为14.315GHz?150MHz的Ku波段调制信号；在接收端采用相似的结构，将Ku波段信号下变频至Sub-1GHz信号，然后将该信号解调，通过LCD显示接收到的数据，并与发射数据进行对比，以检验系统的掉包率。由于时间有限，Sub-1GHz信号的调制解调电路使用了Texas Instruments（TI）公司的SmartRF TrxEB评估板。整个系统的设计和实现过程中的主要技术难点包括以下五部分：
　　1.分析收发机各个性能指标，并论证收发机系统性能；
　　2.四次谐波混频器的设计及测试；
　　3.镜频抑制滤波器的设计。
　　4.基于锁相环技术的本振源设计及测试；
　　5.设计天线，并利用SmartRF TrxEB评估板完成已加工模块的无线数据收发测试。

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第一章 绪 论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2 射频收发机国内外研究历史与现状

1.3 本文的主要工作

1.4 本论文的结构安排

第二章 射频收发机结构分析及方案的确定

2.1 射频接收机结构

2.2 接收机主要指标分析

2.3 发射机结构

2.4 收发系统结构确定及指标分析

2.5 本章小结

第三章 Ku波段四次谐波混频器的设计

3.1 肖特基二极管

3.2 对管混频原理

3.3 Ku波段四次谐波混频器总体结构设计

3.4 二极管对和基片的选取

3.5 射频和中频网络的设计

3.6 IF回收滤波器的设计

3.7 DGS的设计

3.8 混频器整体仿真优化

3.9 四次谐波混频器的加工和测试

3.10 本章小结

第四章 镜像抑制带通滤波器的设计

4.1 SIW基本结构

4.2 SIW与微带线的过渡转换

4.3 单腔体SIW滤波器研究

4.4 多腔体耦合SIW滤波器设计

4.5 本章小结

第五章 基于PLL的本振源设计

5.1 锁相环基本原理

5.2 锁相环基本器件

5.3 本振源设计方案

5.4 本振源的调试和测试

5.5 本章小结

第六章 无线通信测试

6.1 Ku波段天线

6.2 315MHz中频信号收发模块

6.3 无线收发测试

6.4 本章小结

第七章 全文总结与展望

7.1 全文总结

7.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果