一种应用于2.4GHzWLAN超高功率超低噪声的射频收发模块设计

发布时间：2017-04-05 04:17

  本文关键词：一种应用于2.4GHzWLAN超高功率超低噪声的射频收发模块设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着移动互联网应用的迅猛发展,无线局域网(Wireless Local Area Networks, WLAN)成为新一代高速无线接入网络。Wi-Fi是宽带无线接入网络的一种重要形态,可实现局部区域内的高速无线连接。随着Wi-Fi应用领域的不断扩展,其使用的技术也必将有较大的提高,特别是对收发系统提出了非常高的要求。其利用了ISM频段中2.4GHz和5GHz两个频段进行信号传送,在如此高的频率下,传播信号波长短,绕射能力弱,导致信号损耗大,传输距离近。工作频率越高,信号在传播过程的损耗也越大,正是这种障碍,阻碍了Wi-Fi的远距离传输应用的进一步发展。本文设计了一款可用于2.4GHz WLAN的高功率射频收发模块,该模块发射通路采用两级功率放大器进行功率放大,第一级采用高增益高线性的功放做为推动级,既保证了后级功放对高功率输入的要求,也使第一级的输出有很好的线性,为发射通道的线性指标提供了保障。输出级采用大功率的LDMOS功放,有较高的输出功率,可以有效解决信号传输受限的问题。接收通道使用了两级超低噪声的LNA作为接收通路,提高了接收通道的增益,使其具有更低的噪声和更高的接收灵敏度。该收发模块,采用TDD工作模式,利用不同时隙分别导通收发通路,有效的减少了收发通路的互相干扰。在完成各模块电路设计之后,将信号源整体的电路原理图利用AWR Microwave Office仿真软件进行仿真验证,并且根据射频PCB板的迭层分配、线宽设计、布局布线等规则制作了信号源整体的硬件电路。测试结果表明该模块接收通路的增益达到30dB,噪声系数小于2.5dB,发射通路的最大发射功率44.8dBm(30W),线性输出功率可达到37dBm(5W),增益平坦度小于1dB。输入802.11g 54Mbps OFDM调制信号测得对应的EVM为-32.2dB,折合成百分比为2.5%,符合设计要求。此高功率射频收发模块可用于无线接入点、无线网桥乃至基站建设的应用等,组网简单,覆盖面积广,对延伸无线接入点及无线局域网的应用范围具有重要意义。使用了本射频收发模块后,将可以使一座基站的通信覆盖范围得到有效的扩大,这样不但能够降低通信成本,还可以改善通信质量。
【关键词】：Wi-Fi 射频收发模块 LDMOS 低噪声 大功率
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN925.93
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 课题背景与意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10
• 1.3 本文的研究内容和设计指标10-12
• 1.3.1 研究内容10-11
• 1.3.2 设计指标11-12
• 1.4 论文组织12-13
• 第二章 射频收发模块的框架构成13-29
• 2.1 功率放大器13-19
• 2.1.1 工作频段13
• 2.1.2 功率增益(Power Gain)13
• 2.1.3 功率增益平坦度13
• 2.1.4 1dB压缩点13-14
• 2.1.5 效率14-15
• 2.1.6 幅度失真(AM-AM)和相位失真(PM-PM)15-16
• 2.1.7 互调失真(Intermodulation Distortion,IMD)16-17
• 2.1.8 误差向量幅度(EVM)17
• 2.1.9 功率放大器分类17-19
• 2.2 低噪声放大器19-20
• 2.2.1 噪声系数定义19
• 2.2.2 级联系统的等效噪声系数19-20
• 2.3 功分器20-23
• 2.3.1 功分器的定义20
• 2.3.2 功分器的技术指标20-21
• 2.3.3 功分器的分类21-23
• 2.4 检波电路23-24
• 2.4.1 检波电路的定义23
• 2.4.2 检波电路的分类23-24
• 2.5 射频开关24-25
• 2.6 温度补偿电路25
• 2.7 运算放大器25-26
• 2.7.1 运算放大器的工作原理25-26
• 2.7.2 运算放大器的参数26
• 2.8 射频收发模块的设计难点26-27
• 2.9 小结27-29
• 第三章 射频收发模块电路的设计与分析29-41
• 3.1 射频收发模块的电路架构及工作原理29-32
• 3.1.1 射频收发模块的电路架构29-30
• 3.1.2 射频收发模块的工作原理30-32
• 3.2 射频收发模块所用元器件的选择32-39
• 3.2.1 低噪声放大器的选用32-33
• 3.2.2 功率放大器的选用33-36
• 3.2.3 运放比较器的选用36
• 3.2.4 射频开关的选用36-37
• 3.2.5 电源供电器件的选用37-39
• 3.3 小结39-41
• 第四章 射频收发模块关键元器件的设计与仿真41-53
• 4.1 功分器的设计与仿真41-42
• 4.2 功率放大器的设计与仿真42-44
• 4.3 LNA的设计与仿真44-46
• 4.4 检波电路的设计与仿真46-48
• 4.5 PCB版图的设计48-51
• 4.6 小结51-53
• 第五章 验证及结果分析53-67
• 5.1 测试仪器及平台简介53-55
• 5.2 微带功分器的测试55-56
• 5.3 低噪声放大器的测试56-58
• 5.4 功率放大器的测试58-62
• 5.5 整机的性能测试62-66
• 5.6 小结66-67
• 第六章 总结与展望67-69
• 6.1 总结67
• 6.2 展望67-69
• 致谢69-71
• 参考文献71-75
• 攻读硕士学位期间的成果和发表的论文75

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