一種915MHz射頻收發(fā)系統(tǒng)的ADS設(shè)計與仿真

1、引言

近幾年來，無線射頻識別技術(shù)越來越受各國重視。隨著 供應(yīng)鏈管理、集裝箱、工業(yè)、科研和醫(yī)藥等行業(yè)對3 m以上射頻識別技術(shù)的需求不斷增加，國內(nèi)外已經(jīng)把研究的熱點轉(zhuǎn)向超高頻段和微波頻段。射頻電路的設(shè)計主要圍繞著低成本、低功耗、高集成度、高工作頻率和輕 重量等要求進行。本文對915MHz射頻收發(fā)系統(tǒng)做了進一步的研究。

ADS(Advanced Design System)軟件是Agilent公司開發(fā)的，可以支持從模塊到系統(tǒng)的設(shè)計，能夠完成射頻和微波電路設(shè)計、通信系統(tǒng)設(shè)計、射頻集成電路設(shè)計和數(shù)字信號處理設(shè)計。該軟件還可以完成時域和頻域、數(shù)字和模擬、線性和非線性、電磁和數(shù)字信號處理等多種仿真。本文主要介紹了如何使用ADS設(shè)計收發(fā)系統(tǒng)，并在ADS的模擬和數(shù)字設(shè)計環(huán)境下進行一些仿真。

2、射頻發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計與仿真

射 頻發(fā)射系統(tǒng)最重要的指標是系統(tǒng)增益。根據(jù)分析選擇，發(fā)射系統(tǒng)的各個模塊分別采用以下器件：Micro Devices公司生產(chǎn)的PLL400-875作為射頻信號的發(fā)生器。該器件的輸出中心頻率為915MHz。射頻濾波器采用4DFA-915E-10，此芯片的中心頻率是915 MHz，通帶帶寬為±13dB，插入損失為2.2dB，波紋系數(shù)為1.0dB，最大波紋比為20。混頻器采用Mini-circuits公司生產(chǎn)的ADE-12MH。ADE-12MH的本振和射頻信號的輸入頻率范圍是10-1200 MHz，全波段轉(zhuǎn)換損耗6.3dB。功率放大器選用Sirenza公司的SPA-2118，該芯片的功率為1W，工作范圍是810MHz-960MHz。

圖1、用于仿真的發(fā)射系統(tǒng)原理圖

使用ADS軟件創(chuàng)建射頻發(fā)射系統(tǒng)的原理圖，再在原理圖中加入增益仿真控制器，就可以知道增益在系統(tǒng)各個部分的分配情況。用于仿真的發(fā)射系統(tǒng)的原理圖如圖2所示，仿真結(jié)果如圖2所示。

圖2、功率增益預(yù)算曲線

由圖2可知，整個發(fā)射系統(tǒng)的增益為35.8 dB，因為輸入的信號為-10 dBm，所以功率放大器輸出的射頻信號大小為25.8 dBm。

3、射頻接收系統(tǒng)的設(shè)計與仿真

射頻接收系統(tǒng)的設(shè)計與仿真使用行為級功能模塊實現(xiàn)，行為功能模塊包括天線、 帶通濾波器、低噪聲放大器、混頻器、本振信號源、中頻濾波器和中頻放大器等。接收端在設(shè)計中要考慮增益、噪聲系數(shù)、靈敏度等因素，比發(fā)射端的設(shè)計更為復(fù) 雜。由于接收端包含很多有源器件，有源器件的非線性對整個接收系統(tǒng)會產(chǎn)生很大的影響，比如當只輸入一個信號時會出現(xiàn)增益壓縮，當輸入兩個以上的信號時會出現(xiàn)互相調(diào)制等。

在本設(shè)計中，經(jīng)過分析，混頻器采用ADE-12MH。低噪聲放大器采用兩片AD8325分別對I,Q兩路混頻濾波后的信號進 行放大，AD8325S通過編程控制放大器的數(shù)字接口，可以使增益0.75dB逐級變化，最后可以達到59.45dB。為了保證功放芯片能盡量將能集中在我們所需的頻率上，在功放之前加入一個射頻帶通濾波器，這樣頻率較高和較低的噪聲信號可以得以濾除，使得輸入功放 的信號比較純凈。射頻濾波器采用4DFA-915E-10。在此設(shè)計中，還用到了Minicireuits公司的功率分配器SCN-27和90度移相功分 器QCN-27。使用ADS對接收系統(tǒng)進行建模，如圖3所示。

圖3、超外差式接收系統(tǒng)原理圖電路