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近年来由于无线通信技术的迅猛发展,工作频率日益提高,射频电路得到了广泛的应用,由此也导致了对精通射频电路设计的工程师的巨大需求。人们越来越清楚地认识到射频设计在整个无线应用系统中举足轻重的地位。然而射频(RF)电路设计在理论上还有很多不确定性,因此常被形容为一种「黑色艺术」(blackart)。由于射频通信电路设计涵盖了非常多的领域,如传输线理论、射频/微波网络、Simth圆图、微带滤波电路等等。因此在踏进射频通信电路设计的领域之前,需要熟悉射频电路设计的基本理念,系统掌握射频通信电路设计的相关方法。随着移动通信以及无线多媒体业务的快速发展,UWB(UltraWideband)无线技术越来越受到人们的重视。超宽带(UWB)通信不同于传统的无线通信,它是一种用于短距离个域网(PAN)的无线技术。UWB信号是一种非正弦波的窄脉冲,因此其所占的频谱范围很宽。根据美国联邦通信委员会(FCC)的规定,UWB信号在3.1~10.6GHz频段中占用500MHz以上的带宽。为了适应超宽带技术的发展,其关键射频器件带通滤波器(BPF)相应地有许多问题需要作深入的研究,其设计理论也急需进一步发展。
论文以射频通信电路设计理论为基础,分别以超宽带(UWB)无线技术标准、3G通信TD-SCDMA技术标准为规范,应用射频滤波器设计理念对无线通信滤波器进行了深入的研究。文中采用Mathcad软件进行运算,简化了设计中的计算问题。应用Ansoft软件对电路进行模拟、调试,并得出仿真结果。对于硬件的测量,我们采用了茂迪RF2000测量系统进行。论文共分五章。
第一章介绍了超宽带(UWB)无线通信技术。解释了UWB的基本概念及频率规范,并介绍了其发展历程,重点分析了UWB无线技术的性能特点及其关键技术原理。最后,指出了UWB无线技术目前存在的问题。
第二章主要对射频的基本概念、设计的核心指标以及射频电路设计的难点作了分析,讨论了滤波器在射频通信系统中的应用与发展。介绍了射频滤波器的设计方法,对各种方法进行实例设计并采用Ansoft软件进行仿真。
第三章是全文的重点。文中首先讨论了3G通信各标准系统及其干扰问题,并设计3G滤波电路用于减少信号相互干扰。接着针对UWB无线通信电路设计的难点,应用射频电路设计原理、滤波器设计方法,设计了两款符合UWB无线技术标准的超宽带滤波器,并对它们的性能进行了详细的分析。实现了UWB无线技术、射频滤波器设计方法、射频电路仿真软件的融合。
第四章介绍了RF2000射频通信实验收发系统原理、技术参数。对射频实验中滤波器模块进行实际设计、制作以及测试分析,其性能与仿真结果基本一致。
第五章对全文的主要研究工作进行总结,讨论了其中存在的问题以及今后继续深入研究的方向。