摘要 設計了九通道的射頻合成信號，構成了多頻段的射頻信號源。利用頻率合成器和中頻調制芯片，能夠將基帶或中頻的信號直接調制到射頻。最后將九路射頻信號耦合成一路，構成多頻段的射頻信號源。
關鍵詞 頻率合成；中頻調制；信號耦合
頻率源的設計和實現(xiàn)是無線通信系統(tǒng)設計中較為關鍵的一個環(huán)節(jié)，它的性能直接影響和決定通信系統(tǒng)的性能，在射頻發(fā)射和接收系統(tǒng)中處于核心位置。文中頻率源使用Si4133芯片設計，該芯片外圍電路少，各項參數(shù)能夠滿足設計要求。同時使用TRF3701芯片合成基帶和本振信號，使發(fā)射信號的功率得到較大提高。多路信號通過功率耦合芯片實現(xiàn)了耦合，最終合成、實現(xiàn)了多載波的射頻信號。
1 數(shù)字鎖相環(huán)
(1)Si4133工作原理。
Si4133芯片的功能是實現(xiàn)頻率的合成，它的內部結構框圖如圖1所示。該芯片有三路鎖相環(huán)路，每路鎖相環(huán)路包括環(huán)路濾波器、相位檢測器、可編程分頻器和VCO。
自該芯片的XIN管腳輸入一個頻率fin，經(jīng)過一個放大器和R分頻器以后，頻率變?yōu)閒in／R；同一時刻，fout作為該路VCO的輸出端頻率，通過N分頻器，頻率變?yōu)閒out／N；在相位檢測器中兩個頻率通過相位的比較，形成一個誤差控制信號，進一步通過環(huán)路濾波器獲得一個直流分量，從VCO端輸入，通過調整實現(xiàn)fout／N≈fin／R，并且相位同步，最終完成兩路信號的鎖定。由fout=fin×N／R可知，影響輸出信號頻率的因素是R和N。VCO的諧振頻率由外部所接電感決定，誤差控制。
三路鎖相環(huán)路中有兩路用作射頻輸出，利用時分復用技術，使兩路輸出在時間上徹底分開。通過對分頻器編程可以使兩路射頻輸出信號工作在兩個特定的頻段947MHz～1．72GHz和780MHz～1.429 GHz。三路鎖相環(huán)路的第三路用作中頻信號的頻率合成，中頻信號VCO的諧振頻率在526～952MHz范圍內可調。
(2)頻率設置與測試結果。
鎖相環(huán)路在VCO諧振頻率范圍內調節(jié)RF和IF的輸出頻率，外部電感對VCO諧振頻率的調節(jié)起著關鍵作用，它允許的誤差范圍是，自調節(jié)算法可以補償這一誤差。電感的量級是nH，所以封裝電感不能忽略，VCO的總電感Ltot應該等于封裝電感Lpkg和外部電感Lext相加，電容Cnom和總電感并聯(lián)，是一個標稱電容。諧振頻率計算公式為
設計中需要的射頻信號頻率范圍RF1：1．8～2．0 GHz，RF2：0．8～1 GHz。經(jīng)過計算，Lext1幾乎為0，Lext2：3～5．9 nH。
輸出頻率在1．8～2．0 GHz范圍內，通常采用RF1-R分頻值設置；輸出頻率在0．8～1．0 GHz范圍內，通常采用RF2-R分頻值設置。下面兩個圖是兩個典型頻率點的測試結果，其中，0．8 GHz是RF2輸出，如圖2所示，2．0 GHz是RF1輸出，如圖3所示。
2 模擬正交調制器
(1)TRF3701工作原理。
TRF3701芯片內部有個模擬組合器，可以實現(xiàn)輸出RF信號的實數(shù)和虛數(shù)分量相加。內部調制器由雙平衡混頻器實現(xiàn)，內部本振使用單端LO輸入，減少外部巴倫的消耗。該芯片利用雙平衡混頻器結構實現(xiàn)直接I、Q調制，I、Q信號可以是單端輸入，也可以是差分輸入。4個輸入端(IVIN，IREF，QVIN，QREF)需要外加一個直流信號，典型值3．7 V。輸入信號經(jīng)過一對差分放大器和一個電壓／電流轉換器進入雙平衡混頻器，交流耦合的本振輸人信號通過一個相位轉換提供同相和正交分量。混頻器的輸出信號相加轉化為單端信號，經(jīng)過放大在射頻端輸出。
(2)測試結果。
在本振頻率fo=920 MHz下，兩種不同的基帶信號加在TRF3701芯片上的測試結果。GSM信號，如圖4所示；CDMA信號，如圖5所示。
3 功率合成器
功率源對輸出功率的要求較高，在毫米波段，必須使用功率合成技術獲得比單路功率放大更高的功率。
功率合成器在理想情況下，輸出功率應該是作為輸入的多路功率放大器的功率相加。但是功率合成器都有損耗，多路信號的幅度、相位可能不同，導致它的輸出功率達不到理想值。為達到較為理想的效果，功率合成器的多路輸入信號幅度和相位一致性必須很好，而且要求損耗小、有足夠大的隔離度，使得多路輸入信號互不影響。
4 原理圖與PCB版圖
整個多載波射頻信號源的設計原理圖、PCB板圖以及實物圖分別如圖6～圖8所示。
5 結束語
文中通過下載接口對9個通道的射頻信號設置不同的本振頻率，實現(xiàn)不同載渡的調制，最后通過功率合成到一路信號，實現(xiàn)多載波射頻信號。
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