寬帶系統(tǒng)模擬均地磅的分析和設(shè)計(jì)

在無線通信系統(tǒng)中,源于二端口及多端口器件傳輸參數(shù)和無線信道傳輸參數(shù)的不平坦特性引起的信號(hào)畸變,造成信號(hào)幅頻特性的不平坦與群時(shí)延特性的波動(dòng),使信號(hào)的碼間干擾(ISI)非常嚴(yán)重,碼間干擾嚴(yán)重會(huì)使誤碼率顯著提高。為了克服種種實(shí)際器件與無線信道的不平坦特性帶來的信號(hào)畸變,必須在必要的地方增加幅度均衡器或相位均衡器予以消除,以補(bǔ)償元器件和信道帶來的不平坦變化,從而達(dá)到減少信號(hào)畸變的目的。最近幾年,通信系統(tǒng)中對(duì)均衡器的使用已經(jīng)越來越頻繁。對(duì)數(shù)字均地磅而言,基于無線信道的時(shí)變性,能夠自適應(yīng)變化且不需要訓(xùn)練序列的盲均衡器被廣泛關(guān)注。而在模擬均衡器方面,由于面積與功耗的考慮,常常使用無源的、集總參數(shù)均地磅。均衡量已經(jīng)從幾dB發(fā)展到二三十dB,均地磅的帶寬也從低頻發(fā)展到了Ku波段。但是,性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、價(jià)格低廉的均地磅仍有著極大的需求,有待進(jìn)一步研發(fā)。本文所設(shè)計(jì)的寬帶模擬均地磅建立在目前各種均衡器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,主要針對(duì)幅度均衡器和相位均衡器進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)。均地磅的設(shè)計(jì)指標(biāo)主要涉及均衡帶寬、均衡量等。然而在均衡幅頻特性與相頻特性時(shí)存在著矛盾,對(duì)群時(shí)延不平坦的均衡常常伴隨著信道幅頻特性的惡化,對(duì)幅頻特性的均衡又容易造成系統(tǒng)群延遲的波動(dòng)。于是,如何平衡幅頻特性與相頻特性相互之間的影響與如何在幅度均衡器和相位均衡器各自的設(shè)計(jì)領(lǐng)域中,在保持其基本特性的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)指標(biāo)的突破,成為了本課題的研究目的與意義。研究?jī)?nèi)容如下:

1)介紹了寬帶模擬幅度均衡器與相位均衡器的特點(diǎn)、均衡器的分類與國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀,論述了寬帶模擬均衡器設(shè)計(jì)的必要性。此外,介紹了寬帶系統(tǒng)信道特征,論述了寬帶模擬均衡器設(shè)計(jì)的重要性。

2)寬帶模擬均衡器的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。介紹了均衡器的基本原理、設(shè)計(jì)指標(biāo)與設(shè)計(jì)流程,同時(shí)簡(jiǎn)要介紹了均衡器的設(shè)計(jì)考慮,包括傳輸函數(shù)的求解、微帶線的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)等。

3)寬帶模擬均衡器的分析與設(shè)計(jì)。本論文根據(jù)頻段與結(jié)構(gòu)的劃分,設(shè)計(jì)了四個(gè)不同類型的幅度均衡器與兩種不同類型的相位均衡器。就不同的均衡目標(biāo),分別利用了集總參數(shù)和微帶參數(shù)兩種設(shè)計(jì)方法。首先,提出均衡器的結(jié)構(gòu)類型,利用ABCD網(wǎng)絡(luò)分析等數(shù)學(xué)分析方法,推算各種結(jié)構(gòu)均衡器的傳輸函數(shù)或21S;其次,建立在此理論分析的基礎(chǔ)上,利用仿真軟件先進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(ADS)對(duì)不同類型的均衡器進(jìn)行仿真與調(diào)試;然后,基于ADS仿真的結(jié)果,利用制板軟件畫出均衡器原理圖并進(jìn)行印制電路板(PCB)設(shè)計(jì)。生產(chǎn)加工后,對(duì)不同類型的均衡器實(shí)物電路進(jìn)行焊接、調(diào)試、結(jié)果測(cè)試與結(jié)果分析;最后,利用誤差向量幅度(EVM)系統(tǒng)對(duì)均衡器的均衡效果進(jìn)行驗(yàn)證。

4)改進(jìn)型的幅度均衡器與相位均衡器的分析與設(shè)計(jì)。基于前文設(shè)計(jì)的均衡器,創(chuàng)造性地提出幾類在指標(biāo)上進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)突破的結(jié)構(gòu),利用軟件仿真,從仿真的角度豐富本文均衡器的設(shè)計(jì)。

全文完成了上述均衡器的設(shè)計(jì),雖然還存在一些不足,但是也有提高。幅度均衡器能夠滿足一定的S11的要求的同時(shí),在均衡量的指標(biāo)上有一定的提高;相位均衡器能夠在滿足一定S21與S11的要求的同時(shí),在群延遲均衡量與帶寬的指標(biāo)上有一定的提高。