一種915MHz射頻收發(fā)系統(tǒng)的ADS設(shè)計(jì)與仿真

由于各個(gè)模塊的參數(shù)均為已知，通過計(jì)算可以得出系統(tǒng)總的噪聲系數(shù)，三階互調(diào)截等。噪聲系數(shù)定義為系統(tǒng)輸入信噪功率比(SNR)i=Pi/Ni與輸出信噪 功率比(SNR)o=Po/No的比值，常用F表示。噪聲系數(shù)表征了信號通過系統(tǒng)后，系統(tǒng)內(nèi)部噪聲造成信噪比惡化的程度。噪聲系數(shù)常用NF(單位為dB) 表示。根據(jù)噪聲系數(shù)的級聯(lián)式(1)可以計(jì)算出系統(tǒng)總的噪聲系數(shù)，系統(tǒng)總的噪聲系數(shù)就是從圖3中的低噪聲放大器向輸出端方向看過去所表現(xiàn)出的噪聲系數(shù)，也可 以理解為當(dāng)接收信號由低噪聲放大器傳輸?shù)捷敵龆耍邮斩藢π旁氡鹊膼夯潭取?/p>

(1)

接收機(jī)的一個(gè)很重要指標(biāo)是靈敏度，它定義為：在給定的信噪比的條件下，接收機(jī)所能檢測的最低輸入信號電平。靈敏度與所要求的輸出信號質(zhì)量(即輸出信噪比)有關(guān)，還與接收機(jī)本身的噪聲大小有關(guān)。接收機(jī)的靈敏度可由下式(2)計(jì)算得出：

P_{in,min(dBm)=NRS(dBm/Hz)+NF(dB)+(SNR)o,min(dB)+10logB} (2)

假設(shè)接收機(jī)輸入端滿足共軛匹配，由源內(nèi)阻Rs產(chǎn)生的噪聲輸送給接收機(jī)的噪聲功率為其額定輸出，即：N_RS=4KT_aR_s／4R_s=KT_a。假設(shè)T_a=290 K，則NRS=-174 dBm／Hz。所以靈敏度可表示為：

P_{in,min(dBm)=-174dBm/Hz+NF(dB)+(SNR)o,min(dB)+10logB}

接收機(jī)所接收的信號強(qiáng)弱是變化的，通信系統(tǒng)的有效性取決于它的動態(tài)范圍，即高性能的工作所能承受的信號變化范圍。動態(tài)范圍的下限是靈敏度，上限由最大可接受的信號失真決定。在本設(shè)計(jì)中考慮的是低噪聲放大器的輸入端的動態(tài)范圍。動態(tài)范圍可由下式(3)得到：

(3)

利用ADS軟件對接收端進(jìn)行S參數(shù)仿真，該仿真可以用于測量各個(gè)器件的S參數(shù)等。在本仿真中，可以看成是當(dāng)900~930MHz，以1MHz為步長的各個(gè)頻率分量通過該接收端時(shí)，接收端對各個(gè)頻率分量的增益或衰減大小的仿真。仿真結(jié)果如圖4所示。

圖4 、S參數(shù)仿真結(jié)果

由 仿真結(jié)果可知在中心頻率915MHz處，增益最大，為63.287dB。在標(biāo)記maker2處，頻率與標(biāo)記maker1處相差12.21MHz，衰減相差14.698dB，符合技術(shù)指標(biāo)。在標(biāo)記maker3處，頻率與標(biāo)記maker1處相差12.06MHz，衰減相差13.080dB，符合技術(shù)指標(biāo)。

圖5、接收系統(tǒng)功率增益預(yù)算曲線

利用ADS軟件對接收系統(tǒng)進(jìn)行增益預(yù)算仿真，可以知道系統(tǒng)增益在系統(tǒng)各個(gè)部分中的分配情況。仿真結(jié)果如圖6所示。

圖6、輸入信號的功率譜

由圖3可以看到在射頻帶通濾波器BPF1處，系統(tǒng)增益為-1dB，這是因?yàn)樯漕l帶通濾波器有1dB的插入衰減。在射頻放大器AMP1處，系統(tǒng)增益為20dB，這是射頻放大器的21 dB增益減去射頻帶通濾波器的1 dB插入衰減，系統(tǒng)前端總共有20dB的增益。根據(jù)標(biāo)記m7可知，在負(fù)載終端2系統(tǒng)增益為63.287dB。