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1、能力拓展训练任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题 目: 软件无线电中的射频电路设计方案课程设计目的：（1）安排学生进行与专业有关的综合性设计和研究，开展专题调研、探索、研究和设计，培养学生综合应用所学知识分析问题、解决问题的能力；（2）锻炼学生查询文献资料、灵活运用知识、有效开展科学研究的能力；（3）提高学生的综合素质。根据本专业需求和特点，需要在通信专业知识、实验技能和研究能力方面进行综合提高，使学生对专业综合及专业前沿知识有较为全面的了解和掌握，能够运用相关仪器和软件进行实验和模拟分析专业问题。课程设计内容和要求软件无线电中的射频电路设计方案初始条件：（1
2、）鉴主15楼“通信实验室一”MBC-5W移动通信实验箱，鉴主13楼THEX-1型现代通信原理与技术实验平台；（2）Matlab，Protel等；（3）武汉理工大学图书馆及图书馆网站上的“电子资源导航”。时间安排：1布置任务鉴主504教室05天2项目设计实践通信实验室一、四4天3答辩指导老师办公室05天合 计5天指导教师签名： 2011年 月 日系主任（或责任教师）签名： 2011年 月 日目录摘要IABSTRACTII1软件无线电简介12射频前端收发模块12.1放大器22.2混频器22.2.1增益32.2.2噪声32.2.3线性范围32.2.4失真42.2.5阻抗匹配42.3振荡器42.4振荡
3、器的原理52.4.1振荡器的分类52.4.2双端口负阻振荡器的分析52.4.2.1 S参数分析法52.4.2.2 起振条件52.4.2.3 输出功率62.4.3压控振荡器的设计72.4.4振荡电路形式的选择72.4.5电路的结构与分析93压控振荡器电路的仿真分析103.1 ADS软件的运用103.1.1 ADS简介103.1.2 ADS的基本结构103.2压控振荡器性能分析113.2.1振荡性能113.2.2仿真分析124 总结175参考文献18XX理工大学能力拓展训练报告摘要软件无线电（softwareradio）在一个开放的公共硬件平台上利用不同可编程的软件方法实现所需要的无线电系统。简称
4、SWR。理想的软件无线电应当是一种全部可软件编程的无线电，并以无线电平台具有最大的灵活性为特征。全部可编程包括可编程射频（RF）波段、信道接入方式和信道调制。射频简称RF射频就是射频电流，它是一种高频交流变化电磁波的简称。每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流，大于10000次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。有线电视系统就是采用射频传输方式的。关键词： 软件无线电，可编程，射频，高频ABSTRACTSoftware radio ( softwareradio) in an open public hardware platform using different program
5、mable software method to realize the required radio system.Referred to as the SWR.The ideal software radio should be a full software programmable radio, and radio platform with maximum flexibility for the feature.All programming includes programmable radio frequency ( RF) band, channel access mode a
6、nd channel modulation.RF radio frequency is referred to as RF RF current, it is a kind of high frequency electromagnetic wave of change.Changes of less than 1000 times per second is called frequency AC current, more than 10000 known as the high frequency current, and frequency is such a high frequen
7、cy current.A cable television system is the use of radio frequency transmission mode.Key words: software radio, programmable, radio frequency, high frequencyI武汉理工大学能力拓展训练报告1软件无线电简介软件无线电是建立在一个通用的硬件平台之上的，这个通用平台具有模块化、开放性、可扩展性等特点。软件无线电的硬件平台主要由一下几个部分组成：模拟射频前端、宽带A/D和D/A、数字上下变频器、高速数字信号处理等。2射频前端收发模块图2-1是射频前
8、端收发电路。从图中可以看出一个典型的射频电路分为发射和接收两个部分。每个部分包括以下几个模块：开关（功率分配器）、低噪声放大器(LNA)、混频器(MIXER：降频器和升频器)、射频滤波器和本地振荡器，功率放大器(PA)、中频滤波器和中频放大器。图2-1 射频发射与接收电路在发送信号时，从基带模块送出的模拟信号，经中频放大、混频器中的升频器、功率放大器(PA)，然后再通过天线发送出去。通过天线接收进来的射频信号经滤波和低噪声放大器(LNA)放大后，与本地振荡器所产生的本地振荡信号经混频器混频(这里是降频器)，产生固定的中频信号IF，然后，经放大后送到基带部分。典型的射频收发设备除了功耗、速度、成
9、品率等性能要求外，还要面对噪声、线性范围、增益等指标。分析整个射频通信机，最重要的器件就是放大器，混频器和振荡器。下面详细分析各射频电路模块的性能指标。 2.1放大器由图2-1可以看出，射频通信电路中的放大器包括接收机的低噪声小信号放大器和发射机的射频功率放大器。低噪声放大器(1ow-noise amplifier，简称LNA)是射频接收机前端的主要部分。它主要有四个特点：首先，它位于接收机的最前端，这就要求它的噪声越小越好。为了抑制后面各级噪声对系统的影响，还要求有一定的增益，但为了不使后面的混频器过载，产生非线性失真，它的增益又不宜过大。其次，它所接收的信号是很微弱的，所以低噪声放大器必定
10、是一个小信号线性放大器，而且由于受传输路径的影响，信号的强弱又是变化的，在接收信号的同时又可能伴随许多强干扰信号混入，因此要求放大器有足够大的线性范围，而且增益最好是可调节的。第三，低噪声放大器一般通过传输线直接和天线或天线滤波器相连，放大器的输入端必须和它们很好的匹配，以达到功率最大传输或最小的噪声系数，并能保证滤波器的性能。第四，应具有一定的选频功能，抑制带外和镜象频率干扰，因此它一般是频带放大器。2.2混频器 混频器是通信机的重要组成部件。在发射机中一般用上混频，它将已调制的中频信号搬移到射频段。接收机一般为下混频，它将接收到的射频信号搬移到中频上。接收机的混频器位于LNA之后，将LNA
11、输出的射频信号通过与本振信号相乘变换为中频信号。混频器的主要性能指标如表2-1表2-1 混频器主要性能指标举例增益10dBNF12dBIIP3+5dBm输入阻抗50口间隔离1020dB下面分别说明各参数的意义：2.2.1增益混频器的增益为频率变换增益，定义为输出中频信号的大小与输入射频信号大小之比。电压增益Av和功率增益Gp分别定义为 （1） （2）混频器可以分为有源混频器和无源混频器两种，它们的区别就在于是否有功率增益，无源混频器的增益小于1，称为混频损耗。无源混频器常用二极管和工作在可变电阻区的场效应管构成。有源混频器的增益大于l，它由场效应管和双极型晶体管构成。无源混频器的线性范围大，速
12、度快，而有源混频器由于增益大于1，因此，可以降低混频以后各级噪声对接收机总噪声的影响。2.2.2噪声混频器紧跟LNA后面，属于接收机的前端电路，它的噪声性能对接收机的影响很大。混频器对射频而言是线性网络，可以按线性网络的计算公式来计算它的噪声系数，只不过将计算公式中的增益改为混频器的频率变换增益。对于零中频方案的接收机，由于射频频率和本振频率相等，若射频为已调信号，它的频谱位于载频两边，则经过混频后，它仅将信号频带内的噪声搬到了零中频的频带内(因为此时无镜频)。很明显，此时如果假设混频器是无噪的，则经过混频后输出输入的信噪比没有变化。对于这种信号频谱位于本振两侧的情况，测得混频器的噪声系数称为
13、混频器的双边噪声系数(DSB)。在测量时如果仪器输出的噪声系数是双边的，只要加上3dB就是单边噪声系数。2.2.3线性范围混频器对输入RF小信号而言是线性网络，其输出中频信号与输入射频信号的幅度成正比。但是当输入信号幅度逐渐增大时，与线性放大器一样，也存在着非线性失真问题。与放大器一样，也可以用下列质量指标衡量它的线性性能。1） 1dB压降点2） 三阶互调节点3） 线性动态范围2.2.4失真混频功能是靠器件的非线性完成两信号的相乘来实现的。由于器件非线性特性的高次方项，使本振与输入信号除产生有用中频分量外还会产生很多组合频率，当某些组合频率落到中频带宽内，就形成了对有用中频信号的干扰。因此混频
14、器的失真主要表现在组合频率干扰上，这些失真一般分为以下几种：1） 干扰哨声2） 寄生通道干扰3） 互调失真2.2.5阻抗匹配对混频器三个口的阻抗要求主要有两点。一是匹配。混频器RF及IF口的匹配可以保证与各口相接的滤波器正常工作。LO口的匹配可以有效的向本地振荡器汲取功率。但对FET管，由于栅极的输入阻抗很高，匹配往往是很难做到的。二是每个口对另外两口的信号，力求短路。这样可以减少各口之间的干扰。2.3振荡器制作振荡器的有源器件可以用固态器件和电真空器件。固态器件与真空器件相比具有体积小，制作方便，耗能小，工作稳定及成本低等特点，因此人们广泛使用固态源。在使用的固态器件中，固态三端器件与固态二端器件相比具有效率高、噪声低、频带宽及易于集成等优势。所以固态振荡器己逐渐向三端器件发展。振荡器的主要技术指标是振荡器性能质量的标志，是设计研制、质检考核、选择使用的依据。振荡器被称为各种无线通信系统的心脏，是雷达、电子对抗、通信和测试等无线通信系统广泛应用的重要部件。高稳定度的微波振荡源可以提高超外差接收机的信噪比和灵敏度；对射频通信系统而言，则可以提高通信质量，充分利用电磁频谱资源；在仪
