随着移动互联网的快速发展到现在的5G正式商用,标志着万物互联时代的正式开启。可穿戴设备作为物联网应用的焦点,迎来了广阔的发展空间。目前市场上的智能穿戴产品多工作于体外,如常见的智能手表、智能手环、智能耳机、眼镜类产品。为了顺应体外通信中可穿戴设备的市场趋势,开展射频接收系统中天线、低噪声放大器(LNA)及混频器的研究显得尤为重要。论文中射频接收系统的工作频率是基于国际上公用的ISM频段2.45GHz(2.42GHz-2.485GHz)。因其具有较强的抗干扰能力和较宽的频带,目前主流的WiFi、蓝牙、ZigBee三个无线网络均工作在这个频段。本文通过理论分析、建模仿真和实物测试相结合的方法对工作于该频段的射频接收系统开展了以下研究:(1)为满足通信频段、天线的传输距离以及人体安全性的要求,设计了一款适用于体外通信中T形共面波导耦合馈电的微带天线。通过HFSS软件仿真后的结果表明:天线在2.40GHz-2.52GHz频段内的反射系数S11?-10dB,在中心频率2.45GHz处的反射系数S11为-17.83dB,最大辐射方向上增益为6.37dB。天线具有较强的方向性,主要集中于背离人体的一面。依据优化后的尺寸参数制作了实物,并对其进行了测试。测试结果为:天线谐振频率为2.46GHz,此时反射系数S11为-20.47dB。结合仿真和实测数据可知所设计的天线具有高增益、较小背向辐射的特点,可以满足体外通信可穿戴设备的性能要求。(2)在对可穿戴设备中射频接收系统LNA进行分析的基础上,确定了其设计指标。基于晶体管ATF54143并借助ADS软件对低噪声放大器进行了电路设计和仿真分析。仿真结果表明:当双端口网络实现匹配时,中心频率2.45GHz处的噪声系数为0.473dB,放大器增益为14.5dB。为验证其性能,对电路进行PCB版图绘制及实物的加工测试。实测结果表明:低噪声放大器的谐振频率略低于仿真结果,在2.45GHz处的增益为11.8dB,比仿真结果减小2.7dB。结合仿真和实测数据可知所设计的低噪声放大器具有输入和输出反射系数小、噪声系数低的特点,能够满足系统性能指标要求。(3)通过对混频器基本结构性能的研究,基于NPN型晶体管MMBR941设计了一款共源共栅结构的单端单平衡混频器。ADS仿真结果表明:在射频输入信号2.45GHz、本振信号2.25GHz时的中频输出信号为200MHz;在射频信号输入功率选用-30dBm、本振信号输入功率选用5dBm时,混频器的噪声系数为9.16dB,混频器的增益为7.76dB。通过混频器实物测试可知:其增益为0.81dB,比仿真结果降低了6.95dB,并简要分析了误差的主要原因。(4)论文最后对天线收发系统的损耗进行了测试。考虑到可穿戴设备产品的实际大小,收发天线之间的距离不宜超过60mm,故将发射天线和接收天线分别布设距离为20mm、40mm和60mm。测试表明:天线在相距20mm、40mm和60mm时的损耗分别为-41.6dB、-46.2dB和-53.9dB。仿真和测试结果均表明:论文所设计的天线、LNA及混频器射频模块可以满足体外通信可穿戴设备的性能要求。