并行双波段无线电接收机结构的一种改进

m·h·阿里¹乌斯曼²

巴耶罗大学物理系高级讲师，P.M.B.3011。尼日利亚卡诺
巴耶罗大学物理系研究生[电子学]，P.M.B.3011。尼日利亚卡诺

摘要

连接信息源和接收器的信道是所有通信系统的基本模块之一。太空中存在的尘埃颗粒的大小，雪花和雨滴的大小，由于它们的衍射和散射效应，已知会影响通信。提出了一种同时工作在900MHz和1800MHz的双频段无线电接收机结构。该结构具有功耗低、重量轻、芯片面积小等优点。这一结果表明，如果在发射点和接收点都采用这种架构，可以减少信道条件问题。

关键字

并发，双带滤波器，双带放大器，双检测，倍频器

介绍

常见的无线电发射和接收活动是通过在单一载频调制来完成的。当通信信道因灰尘颗粒、雨滴或雪的存在而改变时，这些微小质量的散射和衍射能力对这些无线载波的平稳传播造成不利影响，从而破坏了通信活动。

可以通过增加无线电信号的信号强度或改变与这些效应直接相关的载波频率来解决这种效应，因为它们是依赖波长的。后一种方案在经济上和技术上更可行。由Wu,S和Razavi,B, Fong, k和Ryynanen,J提出。

在这项工作中，我们希望提出一种架构，可以在上述调制载波的双传输和接收中提供并发性，并对之前的工作进行了检测部分的额外修改。

当今大多数无线接收器都使用这些通用架构中的任何一种:外差、零差、低中频和图像喷射接收器，例如D. K. Weaver最初提出的接收器。同样，这些结构也被应用于不同的多波段接收机中。

直接转换接收机代表了一个较不复杂的设计，具有较少的电路块的数量，阶段的数量;提供宽的调谐范围和高的选择性。但该方法存在一些缺点，如两个高频转换级并联，本振信号可能会泄漏到天线中。降低电路复杂度一般降低性能;在这种结构中，当噪声或任何干扰的大小接近或高于信号的大小时，图像的问题就形成了。

使用超外差接收机可以克服直接转换图像的问题。这是用于无线通信的传统无线电接收机架构。解决方案是在混合器之前放置一个过滤器来删除图像。需要一个非常高质量的带通滤波器，以提供所需的性能。通过在多个步骤中对接收到的RF信号进行下转换来实现良好的选择性。在多波段外差无线电架构中，将会有更高的功耗，以及更高的系统整体成本，平移。同样在最后，接收到的信号信息虽然质量高，但通常很弱。

为了解决超外差架构中信号微弱的问题，[18]提出了并行双检测。当加入最终输出时，就得到了信号。这种架构增加了信号的奇异性。织布解决方案仅限于无线电已经接收到的信号。如果信号在到达接收机之前在信道中受损，编织解决方案是无效的。[17]提出了一项修改，其中传输和接收将在两个不同的频率上完成。

[6]考虑了上述架构的功耗问题，设计了一种双带低噪声放大器电路，采用单宽带放大器和双带滤波器对两个载频进行处理。但是这种结构需要两个本振子来检测f₁和f₂．

在这项工作中，我们提出了在Hossein中使用一个具有倍频器的单LO来代替双振荡器。H和Hajimiri,A。

并发双波段无线电接收机

在[6]中，使用了两个不同的振荡器。在这项工作中，我们打算在检测过程中使用单振荡器和双频电路。这可以降低最终电路的成本。所提议的体系结构如图1所示。

所述电路块包括天线，所述天线以不同频率接收相同信息的调制信号。调制信号通过双带带通滤波器(BPF)，以选择所需的频率f₁和f₂并拒绝或屏蔽不喜欢的。然后，这些信号被一个转矩为f的宽频带放大器放大₁和f₂同时。最后一个阶段是双检测，其中调制频率f₁与LO的载频FC1混合产生中频(如果₁)．还有信号f₁从LO加倍在乘数，并与调制频率f混合₂产生中频(如果₂)．这三个电路的设计;双带滤波器、放大器和倍频器如下所示。

滤波器的设计

本文采用[13]提出的滤波器设计体系结构，并遵循切比雪夫结构。它不仅具有设计灵活、性能优良的优点，而且结构简单，整个滤波器段采用相同的导体。

对于双带滤波器，采用[12]和[1]经[11]改进的结构，通过在宽带滤波器中插入窄带顶滤波器来实现双带滤波器的结构。如图2所示。

上图显示了三个阶段的两个单波段滤波器，以选择f₁和f₂并联连接，输入从电路的左边，输出在电路的右边。

要设计这样的滤波器，需要使用中心频率(f0)、带宽(BW)、通带纹波(rp)、输入和输出阻抗(Zi和Zo)、级数(ns)和并联电感值(L)。利用这些参数，计算了电容和Q因子值。

中心频率，(900MHz和1800MHz)带宽(Hz) BW=25MHz (G.S.M Band)通带纹波= 1 dB[16]电感，L=0.1nH

(1）

双波段滤波器设计

近年来，人们对双频bpf的设计进行了研究。设计双带BPF最简单的方法之一是将两个不同通带BPF并联，以获得双带特性。另一种方法是在宽带BPF中插入一个窄带带阻滤波器，以创建双带特性。由于使用了两个不同的滤波器，这些双频BPF的尺寸相对较大。

给出串联的输出和输入阻抗

Rp=211.6Ω阻抗Z=50Ω

因此f的单带BPF₁f₂通过将两个单频带并联，形成两个信号的双频带通滤波器。上图3为双波段BPF的电路图。

双频放大器

在传统的双带放大器中，要么选择两个单带放大器中的一个[14][5]，要么设计两个单带放大器使用两个独立的谐振负载并联工作，由于[17]芯片面积大，实现成本高。前一种方法是非并发的，而后者消耗的电量是前者的两倍。在宽带LNA中，不需要的强阻滞剂与所需的频段一起被放大，并显著降低接收机的灵敏度。在这项工作中，提出了并行多频带放大器作为缓解这些问题的替代方案，使用双极结晶体管(BJT)进行宽带操作。

双频放大器是通过使用一个波段放大器，并在其通带内调谐两个所需频率f来实现的₁和f₂．

放大器的设计

上图显示了并发的主要功能。一个晶体管放大器，NPN射频输入功率SiGe:C双极晶体管BFR740L3RH，与公共源配置。包含输入和输出阻抗，串联谐振电路和输出并联谐振，从而放大f₁和f₂在输出端

电路设计从数据表开始。采用[10]硅结构

电容的选择参照较低的频率f₁使任何高于f的频率₁用较低的阻抗会被放大。

串联谐振电路

为了激发晶体在串联谐振模式下工作，可以将其作为串联元件连接在反馈路径上。在晶体的串联谐振频率处，其阻抗最小，正反馈量最大。在串联谐振频率f₁，电感l1=10nH(假设)

（18)

并联谐振电路

由于并联晶体的并联谐振阻抗是最大的。在平行谐振工作频率下，晶体表现为最大的感抗。

在平行谐振频率f₂，电感L1=10nH

(19)

输出阻抗必须远远大于下一级的输入阻抗，假设Z=50Ω

(20)

放大器设计分析

这方面表达了对放大器增益传递函数的一般放大器分析。电路的等效模型如下图所示;

上图为采用混合π模型的图4等效电路。此图用于用模型分析确定放大器的传递函数。

在哪里

Vi是输入电压，Vo是输出电压，V'是节点，Zb是在f处谐振的输入阻抗₁， Zπ为rπ和Cπ处的阻抗，

Z_信用证输出电阻是否在两个串联(f₁)和并联谐振器(f₂) gm是晶体管的跨导(见数据表)，Lb是基极电感，Cb是基极电容;Cμ为高频工作的电容，Lπ为调谐电感，Xlb、Xcb和Xπ分别为lb、cb和Cπ处的阻抗。l1和C1为电感电容串联谐振腔。l₂和C₂电感和电容器并联谐振腔吗

放大器的传递函数由下面的表达式给出，

双重检测

在这种情况下，一个振荡器被用来产生900MHz的载波信号。一个有趣的影响，结果从单一LO频率的选择是带内泄漏到天线。也就是说，如果fLO1 =900MHz与fLO2 = 1800MHz混合，900MHz和1.8GHz分量都在接收机输出端产生，fLO2是用倍频电路产生的。在倍增器的输出端设计了单级滤波器，滤波频率为1800MHz。这将有助于进一步平滑加倍的输出。倍频电路如图6所示。

在上述电路中采用全波整流器使给定频率加倍，采用射频中心磁带变压器和BAT54C肖特基二极管[15]。

与普通的P-N结二极管相比，肖特基二极管具有两个独特的特点。它是单极器件，因为它在结的两边有电子作为主要载流子。普通的P-N结二极管是双极器件，因为它既有电子又有空穴作为多数载流子。由于金属中没有空穴，所以需要担心耗竭层或储存电荷。因此，肖特基二极管可以比双极二极管更快地关闭。由于这些特性，肖特基二极管可以很容易地校正频率超过300MHz的信号。[15]

使用电容和普通二极管的桥式整流器也可以实现倍频，但上述方法更好。(kΩ)中的电阻被用于整个输出以获得较大的电压降。在接收端，可以以不同的频率接收相同的信息。

结果

双带通滤波器的输出如下:

采用正弦输入信号对模型进行仿真。当接收到中心频率为900MHz和1800MHz的f 1双信号时，信号将通过双带带通滤波器(BPF)来选择所需的频率并屏蔽其他频率。

两个滤波器并联布置以获得双频特性，如图7所示。

将放大器的传递函数进一步简化，得到频率极点，绘制出峰值在900MHz和1800MHz的图形。通过转动电感器Lπ。传递函数曲线如图9所示。

上图显示了传递函数曲线。峰值在900MHz和1800MHz。这意味着在所有两极;它只在需要的频率放大使用LC谐振电路在放大器的输出。

上图表示在900MHz至1.8G时的倍频幅度。

结论

我们能够证明，在Hajimiri结构的检测部分，用一个振荡器替换两个振荡器是可行的。该结构具有功耗低、重量轻、芯片面积小等优点。这一结果表明，如果在发射点和接收点都采用这种架构，可以减少信道条件问题。

数字一览


图1	图2	图3	图4	图5

图6	图7	图8	图9

参考文献

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