ADS学习笔记 6. 射频发射机设计

 基于ADS2023 update2   

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-1、射频发射机性能指标

        在射频电路和系统中，发送机和接收机是应用最广泛，同时也是最重要的系统。模拟基带信号只有通过发送机和接收机的发送和接收，才能与数字基带电路进行配合，完成通信。

        在进行系统设计和仿真之前，先讨论发送机的主要性能指标。在应用于不同通信系统时，这些指标参数的具体值应根据相应的通信标准进行制定。

        (1)平均载波功率。平均载波功率是指发送机输出的平均载波波峰值功率，它是指对该载频中有用信息比特部分测量得到的功率平均值。
        (2)发送载频包络。发射载频包络是指发射射频载频功率相对于时间的关系。该指标主要是测量发送机发射的载波包络在一个时隙期间内是否严格满足关于时隙幅度上升沿、下降沿及幅度平坦度的要求。
        (3)射频功率控制。鉴于移动通信的远近效应,在与基站通信过程中,必须对移动台的发射功率进行控制，以便能保证移动台与基站之间的通信质量而又不至于对其他移动台产生明显的干扰。
        (4)射频输出频谱。频率输出频谱主要是考虑为了避免产生相邻信道的干扰。一是连续调制频谱，即由调制产生的距离载频不同偏移处的射频功率；二是切换瞬态频谱，即在调制突发的上升沿、下降沿而产生的距离载频不同偏移处的射频功率。
        (5)杂散辐射。杂散辐射是指用标准测试信号调制时在除载频和由于正常调制和切换瞬态引起的边带以及邻道以外离散频率上的辐射。如果杂散部分辐射较大，会造成对本信道和其他信道的干扰。
        (6)互调。发送机互调是指发送机输出端耦合了其他发射机信号，并由末级功放的非线性作用而引起的混频产物，这种互调产物又辐射干扰别的接收机。波道数越多，互调越严重。
        (7)频率误差和相位误差。频率误差是指发射信号的频率与该射频频道对应的标准频率之间的误差;相位误差是指发射信号的相位与理论上最好信号的相位之差。
        (8)频率稳定度。频率稳定度是指在受到调制和相位误差的影响后，发射信号的频率与该射频频道对应的标准频率之间的误差。
        (9)调制特性。调制特性包括调制灵敏度、调制频率特性和调制线性。调制灵敏度是指在标准调制时所需1000Hz调制信号的电动势值(标准调制是指最大允许调制度的60%)。调制灵敏度若太高易受外界干扰影响而引起辐射带宽展宽。调制频率特性，又称频率响应，是指调制信号输入电平恒定时，频偏与调制信号频率之间的关系。在0.3~3kHz的频带内要求频率特性平直，而在 3kHz 以上要求频率特性迅速下降。调制线性是指在调制频率为1000Hz时，已调波频偏随调制信号电平而变化的函数关系的线性度，通常用非线性失真系数表示。

0、设计指标

        发送机主要完成基带模拟信号到射频的处理过程，主要功能包括调制、上变频、功率放大和滤波。发送机的方案大致分为:直接变换法和两步法。直接变换法是将调制和上变频合二为一，在一个电路里完成；两步法是将调制和上变频分开，先在较低的中频上进行调制，然后将已调信号上变频搬移到发射的载频上。
        ● 完成一个2.4GHz直接变换发送机的结构设计，观测输出频谱。
        ● 对发送机进行增益预算分析。

1、发射机设计

        新建工程Transiver，新建原理图01_Transmitter，在Source-Freq Domain中找到P_1Tone，插入两个，一个作为发送机的输入源，一个作为本振输入源

        在System-Amps&Mixers中找到放大器Amp和混频器Mixer，分别设置其参数。两个放大器分别作为中频放大器和射频功率放大器。
        Amp1的S21=dpolar(5,180)表示增益5dB，输出信号相位180°；S11=polar(0,0)表示无反射波；S22=polar(0,180)表示从输出端向输入端看去时，无反射波；S12=0表示反向增益为0
        Mixer的SideBand=UPPER表示上变频，ConvGain表示变频增益为5dB，S11=0表示混频器输入端无反射波，S22=0表示混频器从输出端向输入端看去无反射波，且信号相位180°，S33=0表示本振端无反射波

        在Filter-Bandpass中选择两个切比雪夫带通滤波器，分别作为中频带通滤波器和射频带通滤波器。BWpass表示通带带宽，Apass表示通带内衰减3dB，Ripple表示通带内波纹0.1dB，BWstop表示阻带带宽，Astop表示阻带衰减40dB，N表示阶数，IL表示插损

        插入一个终端Term，再Lumped Component---50Ω电阻作为本振输入电阻。添加刚刚设置的参数VAR。在Simulation-HB中双击HB控件。给导线加上Label

2、频谱仿真       

        点击Simulation。可见输入中频信号11MHz 频谱2dBm，输出信号为2411MHz 频谱29.813dBm；所以本振信号2400MHz将中频信号11MHz调制到2411MHz上进行发送，发送机的功能正常

        观察曲线的细节，可以看到基波2.411GHz的频谱29.813dBm，三次谐波2.43GHz，频谱-299.026dBm。三次谐波被抑制的很好

3、预算增益仿真

        新建原理图02_Transmitter_Budget，把01的原理图复制进去，把HB控件删除，从Simulation-AC中插入交流仿真控件AC。Simulate---Generate Budget Path，确定增益预算路径，从Port1到Term2，再添加BudGain控件

        仿真后，添加结果的时候，找到BudGain1，双击---Trace Expression---[0]指定数组仿真。

        显示出链路预算，可以看出在输出端（BPF2.t2）的增益达到27.813dB。所以对于2dBm的输入信号，该发送机可以将其放大到接近30dB，增益较好。