一種915MHz射頻收發(fā)系統的ADS設計與仿真

1、引言

近幾年來(lái)，無(wú)線(xiàn)射頻識別技術(shù)越來(lái)越受各國重視。隨著(zhù) 供應鏈管理、集裝箱、工業(yè)、科研和醫藥等行業(yè)對3 m以上射頻識別技術(shù)的需求不斷增加，國內外已經(jīng)把研究的熱點(diǎn)轉向超高頻段和微波頻段。射頻電路的設計主要圍繞著(zhù)低成本、低功耗、高集成度、高工作頻率和輕 重量等要求進(jìn)行。本文對915MHz射頻收發(fā)系統做了進(jìn)一步的研究。

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

2、射頻發(fā)射系統的設計與仿真

射 頻發(fā)射系統最重要的指標是系統增益。根據分析選擇，發(fā)射系統的各個(gè)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，波紋系數為1.0dB，最大波紋比為20?；祛l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)射系統原理圖

使用ADS軟件創(chuàng )建射頻發(fā)射系統的原理圖，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各個(gè)部分的分配情況。用于仿真的發(fā)射系統的原理圖如圖2所示，仿真結果如圖2所示。

圖2、功率增益預算曲線(xiàn)

由圖2可知，整個(gè)發(fā)射系統的增益為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、射頻接收系統的設計與仿真

射頻接收系統的設計與仿真使用行為級功能模塊實(shí)現，行為功能模塊包括天線(xiàn)、 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。接收端在設計中要考慮增益、噪聲系數、靈敏度等因素，比發(fā)射端的設計更為復 雜。由于接收端包含很多有源器件，有源器件的非線(xiàn)性對整個(gè)接收系統會(huì )產(chǎn)生很大的影響，比如當只輸入一個(gè)信號時(shí)會(huì )出現增益壓縮，當輸入兩個(gè)以上的信號時(shí)會(huì )出現互相調制等。

在本設計中，經(jīng)過(guò)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(jìn) 行放大，AD8325S通過(guò)編程控制放大器的數字接口，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(gè)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對接收系統進(jìn)行建模，如圖3所示。

圖3、超外差式接收系統原理圖電路