發(fā)布時(shí)間：2020-10-23 04:16

　　 隨著無線通信業(yè)務(wù)的快速發(fā)展,需要實(shí)現(xiàn)更寬帶寬,更快的吞吐量,更高的系統(tǒng)靈活性,以滿足通信系統(tǒng)兼容性和互操作性更高的要求,這些需求導(dǎo)致頻譜資源越來越擁擠,而且使用的極度不平衡導(dǎo)致頻譜利用率很低,很多國(guó)家已將頻譜資源劃分殆盡。因此,提高頻譜利用效率的技術(shù),如認(rèn)知無線電、三網(wǎng)融合和動(dòng)態(tài)頻譜共享等成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。射頻濾波器作為無線通信系統(tǒng)射頻前端的核心部件之一,對(duì)系統(tǒng)的性能、復(fù)雜度和成本起到至關(guān)重要的作用,而帶內(nèi)插損低、帶外抑制高的射頻濾波器存在體積大、成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、與平面集成化電路不兼容的缺點(diǎn),因此研究高選擇性、結(jié)構(gòu)緊湊的小型化帶通濾波器具有非常重要的意義。本文提出了集成于射頻前端屏蔽罩的微帶-短路同軸線混合諧振器結(jié)構(gòu),對(duì)射頻帶通濾波器、雙工器,及集成化射頻收發(fā)前端開展深入的研究,論文的主要?jiǎng)?chuàng)新性工作和成果如下:1.本文提出了一種采用新型混合諧振腔的緊湊型低損耗帶通濾波器。該混合諧振器結(jié)構(gòu)由微帶線和一個(gè)短路的同軸線連接于屏蔽罩組成。因該結(jié)構(gòu)可以最大限度地利用結(jié)構(gòu)件空間,使得該濾波器不僅有尺寸小的特點(diǎn),而且也大大提高諧振器的無載品質(zhì)因數(shù)。測(cè)試結(jié)果表明,插入損耗小于1.3dB,3-dB相對(duì)帶寬為5.2%,相比傳統(tǒng)微帶濾波器,該濾波器具有結(jié)構(gòu)緊湊,容易制造和高Q值的優(yōu)點(diǎn)。上述研究結(jié)果已經(jīng)發(fā)表于IEEE 2015 Asia-Pacific Microwave Conference,獲得一項(xiàng)專利授權(quán)(專利號(hào):201510763381.3)。2.針對(duì)提出的混合耦合諧振器的優(yōu)勢(shì),本文提出了一種高選擇性的帶通濾波器。通過采用源負(fù)載耦合和混合電磁耦合方法,在濾波器通帶內(nèi)的兩側(cè)增加了一對(duì)傳輸零點(diǎn),使濾波器的選擇性得到了極大的優(yōu)化。測(cè)試結(jié)果表明,濾波器的中心頻率為2.71GHz,3-dB相對(duì)帶寬為4.8%,插入損耗為1.45 dB,兩個(gè)可調(diào)傳輸零點(diǎn),分別位于2.15 GHz和2.85 GHz提高了濾波器的選擇性和阻帶抑制。相關(guān)研究成果已經(jīng)發(fā)表于《微波學(xué)報(bào)》。3.本文提出并研制了一種新型高選擇性高隔離度的射頻雙工器。該雙工器基于緊湊及高品質(zhì)因數(shù)混合諧振腔帶通濾波器。通過源負(fù)載耦合和混合電磁耦合的方法,在通帶兩邊分別有兩個(gè)可調(diào)的傳輸零點(diǎn),以及提高雙工器的帶外抑制度。測(cè)試結(jié)果表明,該雙工器的工作頻帶是2.36GHz~2.44GHz和2.65GHz~2.75GHz。實(shí)測(cè)低頻段的插入損耗為1.44dB,隔離度40dB,回波損耗≤-15.8dB,在通帶內(nèi)具有三個(gè)傳輸零點(diǎn)位分別位于1.84GHz、2.68GHz和3.2GHz;高頻段的插損為1.48dB,隔離度﹥50dB,回波損耗≤-15.2dB,在通帶內(nèi)具有三個(gè)傳輸零點(diǎn)位分別位于1.3GHz、2.23GHz和3.05GHz。實(shí)驗(yàn)表明,該器件具有低插入損耗、良好的回波損耗、端口隔離等優(yōu)良性能。因此,設(shè)計(jì)的雙工器對(duì)于性價(jià)比高的射頻收發(fā)系統(tǒng)的整合高效利用。上述研究結(jié)果已經(jīng)發(fā)表于IEEE Microwave and Wireless Components Letters。4.采用以上的高Q值混合諧振器帶通濾波器和高隔離度的雙工器,本文設(shè)計(jì)及研制了整個(gè)無線電收發(fā)機(jī)射頻前端各模塊電路。該收發(fā)機(jī)模塊工作中心頻率分別在2.7GHz和2.4GHz,可支持最大信道帶寬為20MHz。收發(fā)器的設(shè)計(jì)采用超外差結(jié)構(gòu)和中頻的中心頻率為200MHz。根據(jù)射頻系統(tǒng)性能的總體要求本文確定了收發(fā)機(jī)的性能指標(biāo),設(shè)計(jì)了外部本振蕩器模塊的結(jié)構(gòu)。收發(fā)前端的設(shè)計(jì)是由鏈路仿真驗(yàn)證,然后在前端主要設(shè)備的設(shè)計(jì)與評(píng)估,最后提出了收發(fā)器的性能在幾個(gè)測(cè)試方案測(cè)試。在試驗(yàn)測(cè)試中,發(fā)射鏈路最大輸出功率為14.2dBm,ACPR均小于-42dBc;20Msps碼率的QPSK、16QAM、64QAM信號(hào)EVM分別小于2.13%、1.68%、1.28%。接收鏈路最小接收功率為-75dBm,增益大于30dB,輸入1dB壓縮點(diǎn)和三階互調(diào)阻斷點(diǎn)分別大于-14dBm和-8.5dBm,噪聲系數(shù)小于5.7dB。當(dāng)接受鏈路輸入功率為-40dBm時(shí),20Msps碼率QPSK、16QAM、64QAM信號(hào)解調(diào)輸出EVM分別小于3.49%、2.57%、2.3%。測(cè)試結(jié)果表明該收發(fā)機(jī)射頻前端具有體積小且良好的射頻性能和通道一致性同時(shí)可以提高傳輸速率。相關(guān)研究成果已經(jīng)投稿至Microwave Journal。
【學(xué)位單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN713
【文章目錄】：
摘要
Abstract
List of Acronyms and Abbreviations
Chapter 1 Introduction
    1.1 Background
        1.1.1 Cognitive Radio
        1.1.2 Physical Architecture of The Cognitive Radio
    1.2 Literature Survey and Motivation
    1.3 The Objectives and Investigation Content
        1.3.1 Investigation Objectives
        1.3.2 The Main Investigation Content
    References
Chapter 2 A Novel Method for Realization High Performance Hybrid ResonatorsBandpass Filter
    2.1 Types of Filters
    2.2 Microwave filers
        2.2.1 Filters With Distributed Components
        2.2.2 Cavity Filters
    2.3 Design of A Compact Low-loss Microwave Bandpass Filter Using New HybridResonator
        2.3.1 Hybrid Resonator
        2.3.2 Hybrid Resonator
        2.3.3 Synthesis of The Coupling Matrix and Coupling Coefficient
        2.3.4 Fabrication and Measurement
    2.4 Conclusion
    References
Chapter 3 Design of A High Selectivity Diplexer Integrated to Shielding Case UsingHigh Q-Factor Bandpass Filters
    3.1 Motivation
    3.2 Design Analysis
        3.2.1 High Unloaded Quality Factor Hybrid Resonator
        3.2.2 Introduce of Transmission Zeros
    3.3 Fabricated and Measured Results
    3.4 Conclusion
    References
Chapter 4 Design of the RF Transceiver Front-end
    4.1 Transceiver Architectures
        4.1.1 Quadrature I/Q Signals
        4.1.2 Direct-Conversion Architecture
        4.1.3 Superheterodyne Architecture
        4.1.4 Low-IF Transceiver Architecture
        4.1.5 Bandpass Sampling Radio Architecture
    4.2 Transceiver Front-end Design Scheme
    4.3 Transmitter RF Front-end Design
        4.3.1 Transmitter Performance Indicators
            4.3.1.1 Maximum Output Power
            4.3.1.2 Intermodulation Distortion （IMD）
            4.3.1.3 Adjacent Channel Power Ration （ACPR）
            4.3.1.4 Error Vector Magnitude （EVM）
        4.3.2 Transmitter RF Front-end Design Target
        4.3.3 Selection of Mixer and Amplifiers
        4.3.4 Local Oscillator Circuit Design
        4.3.5 Measurement Results of The Transmitter RF Front-end
            4.3.5.1 Transmitting Power and P1d B Compression Point Measurement
            4.3.5.2 Third-order Intermodulation Distortion （IMD3） Measurement
            4.3.5.3 Adjacent Channel Power Ratio （ACPR） Measurement
            4.3.5.4 Error Vector Magnitude （EVM） Measurement
        4.3.6 Summarized Performance Results of The Transmitter RF Front-end
    4.4 Receiver Front-end Design
        4.4.1 Receiver Performance Indicators
            4.4.1.1 Noise Figure of Receiver
            4.4.1.2 Sensitivity of Receiver
            4.4.1.3 Spurious-Free Dynamic Range （SFDR） and Blocking Dynamic Range（BDR） of Receiver
        4.4.2 RF Receiver Front-end Design Target
        4.4.3 Low Noise Amplifier Design
        4.4.4 Intermediate Frequency （IF） Filter Design
        4.4.5 IF Amplifier Design
        4.4.6 Designing Receiver RF Front-end Performance Simulation
        4.4.7 Measured Results of The RF Receiver Front-end
            4.4.7.1 Gain Dynamic Range and P1d B Compression Point Measurements
            4.4.7.2 In-band Fluctuations of Gain Flatness Measurement
            4.4.7.3 Third-order Intermodulation Distortion （IMD3） Measurement
            4.4.7.4 Noise Figure Measurement and Receiving Sensitivity
            4.4.7.5 Out-of-band Spurious Measurement
            4.4.7.6 Adjacent Channel Power Ratio （ACPR） Measurement
            4.4.7.7 EVM Accuracy Demodulation Measurement
        4.4.8 Summarized Performance Results of The RF Receiver Front-end
    4.5 Conclusion
    References
Chapter 5 Conclusions
Acknowledgement
Biography
Publications

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本文編號(hào)：2852538