基于ADS的2.4GHz收发系统射频前端设计

敏度，它定义为：在给定的信噪比的条件下，接收机所能检测的最低输入信号电平。灵敏度与所要求的输出信号质量即输出信噪比有关，还与接收机本身的噪声大小有关。接收机的灵敏度可由下式计算得出：

　　假设接收机输入端满足共轭匹配，由源内阻Rs产生的噪声输送给接收机的噪声功率为其额定输出，即：

额定输出

　　假设Ta=290K，则NRS=-174dBm／Hz。所以灵敏度可表示为：

　　在本设计中，NF=4．12dB，B=6MHz，当(SNR)0,min=10dB时，由式(5)计算可得：pin,min=92．08dBm。接收机所接收的信号强弱是变化的，通信系统的有效性取决于它的动态范围，即高性能的工作所能承受的信号变化范围。动态范围的下限是灵敏度，上限由最大可接受的信号失真决定。在本设计中考虑的是低噪声放大器的输入端的动态范围。动态范围可由式(6)得到：

　　利用式(6)计算可得：DRF=51．58dB。

　　利用ADS软件对接收端进行S参数仿真，该仿真可以用于测量各个器件的S参数等。在本仿真中，可以看成是当2～3GHz，以1MHz为步长的各个频率分量通过该接收端时，接收端对各个频率分量的增益或衰减大小的仿真。仿真模型及仿真结果如图3，图4所示。

从图4可以看到接收到的有用射频信号和该信号所对应的镜像频率信号的大小。由于在混频器前有抑制镜像频率信号的带通滤波器，所以镜像频率信号与有用射频信号相比非常小。如果没有混频器前的滤波器则会出现图4(b)的仿真结果。镜像频率信号与混频器混频后会得到与中频信号频率相同的干扰信号，这一干扰信号无法通过滤波器移除，这样就会形成对有用信号的干扰，使信噪比下降。因此在混频器前放置高Q值的滤波器对抑制镜像干扰非常重要。

　　利用ADS软件对接收端进行大信号s参数仿真，用此工具对接收端进行仿真主要是为了测试接收端的1dB增益压缩点P1db仿真的结果如图5所示。

　　由仿真结果可以看出当输入的信号功率为-19．45dBm时，接收端的总增益压缩1dB。将发射端与接收端连接起来，并加入发射天线和接收天线，就可以构成整个收发系统的射频前端模型。然后对整个射频前端进行了谐波平衡仿真，仿真的原理图如图6所示，仿真结果如图7所示。

　　由于信号频率很高，如果通过发射天线发射到自由空间中，经过传输会产生巨大的损耗，该损耗可由式(7)算出：

　　假设传输的距离为d=1m，则Lf△40dB。实际的传输路径并不是自由空间，而是比自由空间更为复杂的通信环境，在无线通信的损耗预测中，可以用Okumura或是Egli模型进行估计。在仿真中设置接收天线的增益为10dB，以使接收到的信号达到中频解调的要求。由上面的仿真结果可以看出信号通过整个射频前端时的信号频率和大小的变化，设计的射频前端可以满足无线通信的要求。

　　3结语

　　通过对实际的集成射频模块的选择，以及利用ADS对射频前端的仿真，可以得到系统的一些重要性能指标，通过对这些性能指标进行分析，可以得出设计的射频收发端是可行的，可以满足实际无线通信环境对射频系统的要求。另外，为了能够在实际的应用中使收发前端实现最佳的性能，设计可以对噪声与非线性的影响作进一步的分析，通过分析可以选用更合适的射频模块或对电路进行一些改进，以满足特殊的信道对射频前端的要求。