DCS/WCDMA/WLAN室内分布系统射频前端器件设计

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:luoshuinan
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目前,移动通信DCS和WCDMA网络的覆盖已日趋完善。但随着移动用户数量的飞速增加,用户密集度和话务量显著上升,对通信网络的覆盖质量提出了越来越严格的要求。近年来,我国城镇化建设进程加快,城镇中出现了越来越多的高大建筑物,室内通信质量成为网络运营商面临的一个新问题。所以,室内覆盖建设必将成为运营商网络建设的一个重点。与此同时,WLAN已经在医院、商店、工厂和学校等不适合网络布线的场合得到了广泛的应用。DCS、WCDMA和WLAN分别适用于不同的场景,并且覆盖能力各不相同,在目前多网融合的业务发展背景下,将会长期共存,因此,在新建室内覆盖时需要考虑多种系统的共用问题。所以,研究覆盖DCS、WCDMA和WLAN频段的室内分布系统具有很高的理论意义和现实意义。室内分布系统主要包括:室内分布天线、合路器和低噪声放大器等器件。因此,本文研究覆盖DCS、WCDMA和WLAN频段的室内分布系统中的天线、合路器和低噪声放大器的设计与实现方法。本文采用缝隙耦合馈电的三层积叠式微带贴片天线结构设计单元天线,实现了天线的宽频带特性;通过将三个单元天线组成三棱柱形立体结构,并运用宽频带T型功分器进行馈电,实现了天线阵良好的全向辐射特性。本文运用将三频合路转换为两次两路合路的方法,将三款不同结构的带通滤波器连接起来,从而构成了三频合路器。这种方法简化了设计流程,并且获得了良好的效果和较小的尺寸。其中,DCS频段的滤波器是采用在均匀阻抗开口谐振环内加入一个“山”字形枝节而构成的双模谐振器;WCDMA频段的滤波器是采用交叉耦合技术和0°馈电技术设计的一款广义切比雪夫滤波器;WLAN频段的滤波器采用输入/输出平行线耦合结构,并通过在输入/输出馈线上加入一段开路微带线的方法,实现了良好的带外抑制度。本文选用安华高公司生产的ATF54143晶体管设计了一款覆盖1.7-2.2GHz频段的宽频低噪声放大器。在该低噪声放大器设计中,采用源极串联负反馈技术增加了电路的稳定性,采用漏极并联负反馈技术获得了良好的增益平坦度,并利用“Π”形匹配网络进行输入和输出端匹配,最终,实现了宽频带特性和较低的噪声系数。本文采用理论设计和电磁仿真软件优化相结合的方法进行设计,并根据设计结果进行了实际的加工和测试。测试结果表明,室内分布天线在DCS频段的中心频率处增益为1.93dBi,不圆度在±1.64dB左右;在WCDMA频段的中心频率处增益为2.04dBi,不圆度在±1.36dB左右;在WLAN频段的中心频率处增益为2.3dBi,不圆度在±1.67dB左右。合路器在频带范围内的插入损耗都在2.87dB以下,隔离度在30dB以上,而且各个频带边缘比较陡峭,表现出良好的频率选择性。低噪声放大器在频带范围内的回波损耗达到-13dB,噪声系数低于1.84dB,增益在12dB左右,且具有良好的增益平坦度。以上结果表明,本文设计的天线、合路器和低噪声放大器基本达到了设计指标的要求。
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