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随着各种无线通信系统的不断涌现,频率资源愈发紧张,射频前端作为收发信机的最前级,无线通信的关键部件之一,其性能的优劣直接影响着整个通信系统。射频前端主要包括天馈线系统、滤波器、低噪声放大器(LNA)等器件,涉及增益、灵敏度、射频接收带宽等指标,其目的就是保证有用的射频信号能完整且不失真地从空间拾取出来并输送给后级的变频、中频放大等电路。
美国联邦通讯委员会FCC(Federal Communications Commission)定义出ISM频段,其频率范围为2.4GHz~2.4835GHz,开放给工业、科学、医学这三类主要的机构使用。目前应用广泛的无线局域网,蓝牙,Zigbee等无线网络,均可工作在ISM频段上。其中,Zigbee是IEEE802.15.4协议的代名词,根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗、近距离的无线组网通讯技术,是当今通信领域研究的热点之一。
本论文对Zigbee终端射频接收前端电路进行了深入的研究,天线作为射频信号的辐射和接收单元,负责Zigbee各个无线网络节点之间的连接,本文分别采用微带线和共面波导馈电方式,利用Ansoft公司的HFSS电磁仿真软件设计了两款印刷单偶极子天线,实现了小型化、低成本、全方向辐射的特点。射频带通滤波器作为滤除谐波,抑制杂散的器件,在射频前端电路扮演着重要的角色。本文利用插入损耗法作为基本的滤波器设计理论,以微带的形式实现了两款滤波器。用于滤除由于天线引入的干扰,实现收信机的选择性来保证混频器正确解调出信息。低噪声放大器(LNA)将天线从空中接收到的微弱信号进行放大,是涉及接收机灵敏度的关键部件。本文利用Agilent公司的EDA软件ADS2008设计并仿真了一款低噪声放大器,该低噪声放大器具有较低的噪声系数和较高的功率增益。
针对大规模应用于工业领域的Zigbee设备射频前端,本文通过简单实用且低成本的方式进行实现,具有一定的经济价值。