一种定位跟踪系统接收射频前端设计与实现

摘要

一种定位跟踪系统是应用于短距离的无线定位技术，设计目的是为了有效提高行李托运过程中的安全性，预防个人物品的意外转移或者损坏。接收射频前端通过天线接收无线信号，由混频器进行下变频处理，然后由放大器对下变频信号进行放大，最后送入数字电路部分进行信号的处理和定位识别。高灵敏度接收机能够实现无线信号的最远距离接收，也有利于降低发射机的功耗。高线性度和大动态范围的接收机能够减小系统的各种干扰，可以实现数字电路部分相关峰的准确检测，从而提高接收端的定位精度。
　　 第二章的接收射频前端结构设计中，分别对超外差式、零中频式和低中频式接收射频前端结构的进行了比较，分析它们各自的优缺点，并且对接收射频前端的主要参数进行了介绍。一种定位跟踪系统接收射频前端采用了超外差式结构，在完成结构设计的基础上，对系统的参数指标进行了各级的分配，选择了用于电路实现的各部分器件。同时，使用ADS对接收射频前端系统进行了行为级的仿真分析，接收链路的预算增益、选择性、相位噪声和下变频特性仿真能够检验系统设计方案的可行性。
　　 第三章为低噪声放大器优化设计与应用，设计和实现了两种不同低噪放电路并且对其级联方式进行了研究。接收射频前端的高增益和低噪声系数要求两级低噪放级联使用，通过计算低噪放的噪声估量确定了连接方式。低噪放MGA-645T6的电路优化设计，改善了输出端口的阻抗匹配特性，提高了1 dB的增益。分别设计和实现了MAX2644两种电路实现方式：最大线性度和最大增益，通过分析和比较确定了最大增益的连接方式。在两级低噪放的设计分别实现后，对级联的低噪放电路进行了测试，并且计算了混频器之前的噪声系数，其大小大约等于整个接收射频前端系统的噪声系数。
　　 第四章设计了变频器MAX2681的应用电路，对混频器的变换增益和线性范围等参数进行了优化设计，通过使用ADS的Smith Chart工具对下变频器的输出阻抗进行了匹配设计，不仅提高了混频器的转换增益，而且也提高了其线性输入信号范围。在下变频器与前级电路级联后，接收射频前端的前级部分实现了较高的增益，但是在大信号输入情况下，前级部分的线性度参数与设计目标存在差距，提出了相应的改进措施。
　　 第五章是关于中频放大器增益控制电路的设计，由于接收系统灵敏度的限制，需要级联使用中频放大器AD8367，并且通过增益控制的方式来实现信号的稳定输出。但是级联放大器的噪声系数和线性性能存在相互制约的关系，增益控制电路的合理设计才能使得级联放大器同时达到两方面的性能要求。该章节优化了一种增益控制电路设计方案，在满足灵敏度要求的前提下，线性性能也达到了系统设计要求，并且将该设计方案成功应用于一种定位跟踪系统的接收射频前端。
　　 第六章为接收射频前端电路的原理图设计、PCB设计和系统电路的实现，对系统电路的重要参数进行了测试。对于接收射频前端电路的参数进行了分析，并且提出了优化、改进的方案和下一步的工作。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第一章绪论

1.1项目背景和价值

1.2定位跟踪系统接收射频前端研究概述

1.3关键技术及作者主要工作

1.3.1接收射频前端的关键技术

1.3.2作者主要工作

第二章接收射频前端结构设计

2.1接收机射频不同结构及其优缺点

2.1.1超外差式接收射频前端结构

2.1.2零中频式接收射频前端结构

2.1.3低中频式接收射频前端结构

2.2接收射频前端主要参数

2.2.1噪声系数

2.2.2灵敏度

2.2.3动态范围

2.3接收射频前端结构设计和指标分配

2.3.1接收射频前端设计指标要求

2.3.2接收机射频前端结构和本振电路设计

2.3.3器件选择及其特性

2.4接收射频前端参数计算和仿真

2.4.2预算增益仿真

2.4.3相位噪声仿真

2.4.4频带选择性和信道选择性

2.4.5下变频特性

第三章低噪声放大器的优化设计应用

3.1低噪放主要设计指标

3.1.2低噪放噪声系数

3.1.3低噪放增益

3.1.4低噪放线性范围和隔离度

3.2低噪放电路结构

3.2.1低噪放阻抗匹配电路拓扑结构

3.2.2单端低噪放电路结构

3.3 MGA-645T6的应用电路优化设计

3.3.1 MGA-645T6特征参数

3.3.2 MGA-645T6电路设计与应用

3.4 MAX2644增益和线性度性能的优化

3.4.1 MAX2644特征参数

3.4.2 MAX2644电路设计与应用

3.5两级低噪放级联应用

第四章下变频器电路设计与应用

4.1混频器主要设计参数

4.1.1变换增益

4.1.2混频器噪声系数

4.1.3混频器线性度与隔离度

4.2混频器电路结构和平方律混频器

4.3下变频器MAX2681电路设计与应用

4.3.1 MAX2681特征参数

4.3.2 MAX2681的电路设计与实现

4.4下变频器与前级电路的级联

第五章中频放大器增益控制电路设计

5.1系统主要指标和芯片介绍

5.1.1接收射频前端主要设计指标

5.1.2 AD8367主要性能介绍

5.2 AD8367增益控制电路设计

5.2.1 VGA和AGC电路特征描述

5.2.2增益控制电路和应用电路设计

5.3总结

第六章接收射频前端系统实现

6.1接收射频前端系统原理图设计

6.1.1接收机射频前端原理图

6.1.2中频滤波器特性

6.2接收射频前端系统PCB设计

6.2.1 PCB布局规则

6.2.2 PCB布线规则和PCB设计图

6.3接收射频前端系统的电路实现

6.3.1电路实现流程介绍

6.3.2实现电路的测试与分析

第七章结论

7.1电路实现的系统指标

7.2下一步的工作

致谢

参考文献

个人简历

攻读硕士学位期间研究成果