寬帶系統模擬均地磅的分析和設計

在無線通信系統中,源于二端口及多端口器件傳輸參數和無線信道傳輸參數的不平坦特性引起的信號畸變,造成信號幅頻特性的不平坦與群時延特性的波動,使信號的碼間干擾(ISI)非常嚴重,碼間干擾嚴重會使誤碼率顯著提高。為了克服種種實際器件與無線信道的不平坦特性帶來的信號畸變,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,以補償元器件和信道帶來的不平坦變化,從而達到減少信號畸變的目的。最近幾年,通信系統中對均衡器的使用已經越來越頻繁。對數字均地磅而言,基于無線信道的時變性,能夠自適應變化且不需要訓練序列的盲均衡器被廣泛關注。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、集總參數均地磅。均衡量已經從幾dB發展到二三十dB,均地磅的帶寬也從低頻發展到了Ku波段。但是,性能優良、結構簡單、調試方便、價格低廉的均地磅仍有著極大的需求,有待進一步研發。本文所設計的寬帶模擬均地磅建立在目前各種均衡器設計的基礎上,主要針對幅度均衡器和相位均衡器進行分析與設計。均地磅的設計指標主要涉及均衡帶寬、均衡量等。然而在均衡幅頻特性與相頻特性時存在著矛盾,對群時延不平坦的均衡常常伴隨著信道幅頻特性的惡化,對幅頻特性的均衡又容易造成系統群延遲的波動。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計領域中,在保持其基本特性的基礎上,實現各項指標的突破,成為了本課題的研究目的與意義。研究內容如下:

1)介紹了寬帶模擬幅度均衡器與相位均衡器的特點、均衡器的分類與國內外發展現狀,論述了寬帶模擬均衡器設計的必要性。此外,介紹了寬帶系統信道特征,論述了寬帶模擬均衡器設計的重要性。

2)寬帶模擬均衡器的設計基礎。介紹了均衡器的基本原理、設計指標與設計流程,同時簡要介紹了均衡器的設計考慮,包括傳輸函數的求解、微帶線的結構的設計基礎等。

3)寬帶模擬均衡器的分析與設計。本論文根據頻段與結構的劃分,設計了四個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,分別利用了集總參數和微帶參數兩種設計方法。首先,提出均衡器的結構類型,利用ABCD網絡分析等數學分析方法,推算各種結構均衡器的傳輸函數或21S;其次,建立在此理論分析的基礎上,利用仿真軟件先進系統設計(ADS)對不同類型的均衡器進行仿真與調試;然后,基于ADS仿真的結果,利用制板軟件畫出均衡器原理圖并進行印制電路板(PCB)設計。生產加工后,對不同類型的均衡器實物電路進行焊接、調試、結果測試與結果分析;最后,利用誤差向量幅度(EVM)系統對均衡器的均衡效果進行驗證。

4)改進型的幅度均衡器與相位均衡器的分析與設計。基于前文設計的均衡器,創造性地提出幾類在指標上進一步實現突破的結構,利用軟件仿真,從仿真的角度豐富本文均衡器的設計。

全文完成了上述均衡器的設計,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,在均衡量的指標上有一定的提高;相位均衡器能夠在滿足一定S21與S11的要求的同時,在群延遲均衡量與帶寬的指標上有一定的提高。