5.8GHz微波接收机电路art计
摘要：提出了一种5.8ghz微波接收机电路设计方案，针对系统标准给定的要求，提出了接收机系统设计的原理和方法，介绍了具体电路设计，给出了实验结果和分析。
dsrc作为一种专用的无线短距通信协议，主要针对固定于车道或路侧的路侧单元(rsu)与转载于移动车辆上的车载单元(obu)之间的通信接口规范。本文采用广泛使用的被动式欧洲dsrc标准，其主要技术指标如下：工作频率为5．8ghz，下行数据为fmo编码，速率为500kbps，调制方式为幅度(am)调制；上行数据为nnzi编码，速率为250kbps，调制方式为2mhz或1．5mhz副载波的二进制相移键控(bp5k)调制，数据误码率为10-6。图l为dsrc通信系统工作模式。它采用半双工的通信模式，主要有两种工作方式：下行和上行方式。 当在下行方式时，rsu为发射模式，而obu为接收模式，rsu发射以am调制方式把调制信号f am加到5．8ghz的载波频率f0上。当在上行方式时，rsu为接收模式，而obu为发射模式，rsu发射连续的j．schz载波fo给obu，并与obu中的2mhz或1．5mhz的副载波bp5k调制信号fm混频后，再通过天线反射回r5u上的接收机进行同步解调。
本文针对dsrc通信系统给定的要求，提出了一套含obu和rsu的频率为5．8ghz的微波接收电路，具有灵敏度高、动态范围大等特点，并在最后介绍了系统的实验情况。
图1
1 设计原理
1．1接收系统的作用距离和灵敏度估算
obu的下行唤醒作用距离为：
(1)式中，λ=载波的波长=5cm；po=rsu发射机的功率输出=18dbm；gt为rsu的天线增益：13db；gr=obu的天线增益=6db；ls=车辆挡风玻璃造成的损耗=-5db；smin=obu的唤醒灵敏度=-40dbm。因此可求得obu的下行唤醒作用距离在15m左右。
obu接收到的功率，经obu的bp5k副载波调制后，再发射回rsu接收机，故接收功率为：
(2)式中，lb为obu的副载波调制和转发损耗，约为-6db；月为上行链路时obu与rsu接收机的距离。所以当只为5m-1lm的正常通信范围时，r5u接收机射频端的动态起伏为-84dbm~-97dbm，rsu接收机灵敏度必须10．5db。
rsu中频放大器前端的噪声系数为：
(5)式中，nf1=1／g1=射频带通滤波器插入损耗=2db，nf2=低噪声放大器噪声系数=2.1db，nf3=混频器单边噪声系数=5db，g2=低噪声放大器增益=24db (见图2)。g3=混频器的增益=-8db，nf4=中频带通滤波器噪声系数=3db。
当s／n为最小所需信噪比(10．5db)时，可求得rsu接收机的灵敏度为：
pmin=(-114+4.2+10.5)dbm≈-99dbm38db，考虑发射的强信号耦合，则接收机收到的最大信号pmax=(18-38)dbm=-20dbm。故实际接收射频信号端动态范围为-97dbm~-20dbm。显然，rsu接收机的动态范围满足系统的要求。
1．5 rsu接收机的微波部件设计、仿真和制作
射频带通滤波器采用耦合微带线三级级联方式，结构紧凑，寄生通带的中心频率较高，适用频带范围大。图3为带通滤波器仿真的s21和s11参数图，带通滤波器3db带宽为5．65ghz~5．95ghz，在5．3ghz和6．3ghz带外频率点处衰减>20db。实际测试的带内插损s21比仿真设计的要大1~2db，这是因为滤波器相对频带仅为4％左右，此时耦合线的辐射损耗对q值影响大，导致带内衰减加大。
图3
扇形线应用于微波有源器件的直流偏置电路中，它与隔直电容一起确保直流偏置与射频信号的隔离。扇形的长度和连线长度都为中心频率1／4波长左右，连线一般作成弯曲的形式，便于对其长度进行微调，夹角为45度如图4扇形线的s11和s22参数仿真图所示，扇形偏线在5．7ghz~5．9ghz频段内，插损小于0．5db，其回波损耗约大于40db，故能较好地对射频信号进行隔离。
2 接收机电路设计技术
2．1 obu电路设计
obu电路框图如图5所示，sb_out为唤醒直流输出最大信号， data_out为解调后的下行fmo码输出，mod为下行的2mhz载波的bpsk调制信号输入端，obu有闲置、下行和上行方式三种工作模式，由wk in和t／r来选择控制。obu的唤醒灵敏度约为-40dbm，转发损耗约为-6db。在pcb制作时，要注意周边器件尽量靠近ic，布线尽量短，减少分布参数的影响。在rf端口接一1／4波长的短接线到地，保护obu不受静电或其它瞬态干扰损坏。
图4
2．2 rsu接收机低噪声放大电路
为了更好地达到噪声与增益的平衡，本系统采用了两级低噪声放大。要把idb压缩点小、噪声系数小和增益大的作为前级放大。要注意低噪曹的防静电保护和电磁屏蔽，防止其振荡影响性能。
2．3 rsu接收机混频器电路设计
一般说来，无源平衡混频器的性能最好，它具有较高的二阶、三阶截获点，有更好的噪声平衡性能，但缺点是需要大的本振功率并具有较大的变频损耗。这里采用无源双平衡混频器mmic，在rf信号频率为5．8ghz、本振lo输入功率为10dbm的情况下，变频损耗为8db，双边噪声系数为5db(双边带为8db)，输入1db压缩点为9dbm，三阶互调截断输入点为14dbm，本振-射频信号的隔离度为30db，本振-中频的隔离度为25db。
2．4 rsu接收机中频滤波／放大电路
中频系统的频率特性如中心频率、通频带、带内起伏、带外衰减等主要取决于中频滤波器，通常为lc型滤波器，这里采用低通-高通构成的带通滤波器。bpsk信号的频谱类似载波抑制的双边带，其带宽为基带信号带宽的2倍，即500khz。但考虑到2mhz或1．5mhz作为载波中心频率，所以滤波器中心频率为1．75mhz，3db带宽为1mhz，带外抑制在0．3mhz处大于30db，滤除因反射强耦合混频后产生的直流低频信号，在10mhz处大于35db，防止带外信号的干扰。
中频放大器由四级组成，前三级为低噪声系数和宽频带工作范围的双极型放大器mmic，末级为视频宽带运放。四级增益共为7&lb左右。因为增益高，很容易导致正反馈产生自激，可在级间并接稳定电阻到地，一般为100欧姆左右。
2．5 日su接收机系统指标测试
rsu接收机系统指标测量方案如下：接收机本振端输入频率为5797．5mhz，功率为10dbm的频率源，网络分析仪hp8753et输出端经衰减器衰减后与接收机信号端相连，hp8753et输出频率为5799．5mhz的单频连续波，功率可调整，用频谱仪测试中放2mhz频率处的输出功率值，测试结果如表1。
表1实验测试结果
信号输入端功率（dbm） 本体噪声（不加输入） -102 -97 -92 -88 -86 -84 -82
相应的功率值（dbm) -21 -13 -9 -4 0 2 4 4
由表1可见，实际的本体噪声要比设计的大2db左右。在输人为-97dbm处，输出信号信噪比s／n为11db。当接收机信号端输入功率为-82dbm时，出现削顶失真。但在接收机信号端输入功率为-97dbm·-84dbm时，增益为+87db，基本都呈线性放大，满足系统要求。
本文提出丁一套5．8ghz的微波接收机电路，并给出了实验结果。它可应用于基于dsrc的高速公路无线不停车收费系统或其他工作频率为5．8ghz的无线通信系统。
广和通携手腾讯云共同挖掘物联网中速率市场新风口
混合信号示波器选择多少条通道合适？
LED显示屏系统如何来保护
科普：常见的连接器及其分类
“5G+工业互联网”将在越来越多的领域发挥着巨大作用
5.8GHz微波接收机电路art计
一加刘作虎：用Android TV提供简洁和快速顺畅的用户体验
转换器是干什么用的
AI深度融合发展如何去探索
ARM Cortex-A50导入大小核架构 促进64位处理器发展
基于FETMX8MP-C核心板的商用车智能驾驶终端
Redmi已经成功地在LCD屏幕上实现了屏幕指纹
创建ZYNQ处理器设计和Logic Analyzer的使用
自动泊车辅助系统快速增长，AMD携车规级自适应SoC入局
感受一键“静音”的魅力，南卡发布40dB深度降噪耳机新品
智能照明控制系统助力实现商业“双碳”目标
韩国近5年来的机器人产业发展形容为原地踏步
海清视讯在行业内首家实现了“一机四用”运用结合
甲醇氢燃料电池汽车的出现 或将改变新能源汽车的格局
如何使用云存储 如何在线存储资料
dsrc作为一种专用的无线短距通信协议，主要针对固定于车道或路侧的路侧单元(rsu)与转载于移动车辆上的车载单元(obu)之间的通信接口规范。本文采用广泛使用的被动式欧洲dsrc标准，其主要技术指标如下：工作频率为5．8ghz，下行数据为fmo编码，速率为500kbps，调制方式为幅度(am)调制；上行数据为nnzi编码，速率为250kbps，调制方式为2mhz或1．5mhz副载波的二进制相移键控(bp5k)调制，数据误码率为10-6。图l为dsrc通信系统工作模式。它采用半双工的通信模式，主要有两种工作方式：下行和上行方式。 当在下行方式时，rsu为发射模式，而obu为接收模式，rsu发射以am调制方式把调制信号f am加到5．8ghz的载波频率f0上。当在上行方式时，rsu为接收模式，而obu为发射模式，rsu发射连续的j．schz载波fo给obu，并与obu中的2mhz或1．5mhz的副载波bp5k调制信号fm混频后，再通过天线反射回r5u上的接收机进行同步解调。
本文针对dsrc通信系统给定的要求，提出了一套含obu和rsu的频率为5．8ghz的微波接收电路，具有灵敏度高、动态范围大等特点，并在最后介绍了系统的实验情况。
图1
1 设计原理
1．1接收系统的作用距离和灵敏度估算
obu的下行唤醒作用距离为：
(1)式中，λ=载波的波长=5cm；po=rsu发射机的功率输出=18dbm；gt为rsu的天线增益：13db；gr=obu的天线增益=6db；ls=车辆挡风玻璃造成的损耗=-5db；smin=obu的唤醒灵敏度=-40dbm。因此可求得obu的下行唤醒作用距离在15m左右。
obu接收到的功率，经obu的bp5k副载波调制后，再发射回rsu接收机，故接收功率为：
(2)式中，lb为obu的副载波调制和转发损耗，约为-6db；月为上行链路时obu与rsu接收机的距离。所以当只为5m-1lm的正常通信范围时，r5u接收机射频端的动态起伏为-84dbm~-97dbm，rsu接收机灵敏度必须10．5db。
rsu中频放大器前端的噪声系数为：
(5)式中，nf1=1／g1=射频带通滤波器插入损耗=2db，nf2=低噪声放大器噪声系数=2.1db，nf3=混频器单边噪声系数=5db，g2=低噪声放大器增益=24db (见图2)。g3=混频器的增益=-8db，nf4=中频带通滤波器噪声系数=3db。
当s／n为最小所需信噪比(10．5db)时，可求得rsu接收机的灵敏度为：
pmin=(-114+4.2+10.5)dbm≈-99dbm38db，考虑发射的强信号耦合，则接收机收到的最大信号pmax=(18-38)dbm=-20dbm。故实际接收射频信号端动态范围为-97dbm~-20dbm。显然，rsu接收机的动态范围满足系统的要求。
1．5 rsu接收机的微波部件设计、仿真和制作
射频带通滤波器采用耦合微带线三级级联方式，结构紧凑，寄生通带的中心频率较高，适用频带范围大。图3为带通滤波器仿真的s21和s11参数图，带通滤波器3db带宽为5．65ghz~5．95ghz，在5．3ghz和6．3ghz带外频率点处衰减>20db。实际测试的带内插损s21比仿真设计的要大1~2db，这是因为滤波器相对频带仅为4％左右，此时耦合线的辐射损耗对q值影响大，导致带内衰减加大。
图3
扇形线应用于微波有源器件的直流偏置电路中，它与隔直电容一起确保直流偏置与射频信号的隔离。扇形的长度和连线长度都为中心频率1／4波长左右，连线一般作成弯曲的形式，便于对其长度进行微调，夹角为45度如图4扇形线的s11和s22参数仿真图所示，扇形偏线在5．7ghz~5．9ghz频段内，插损小于0．5db，其回波损耗约大于40db，故能较好地对射频信号进行隔离。
2 接收机电路设计技术
2．1 obu电路设计
obu电路框图如图5所示，sb_out为唤醒直流输出最大信号， data_out为解调后的下行fmo码输出，mod为下行的2mhz载波的bpsk调制信号输入端，obu有闲置、下行和上行方式三种工作模式，由wk in和t／r来选择控制。obu的唤醒灵敏度约为-40dbm，转发损耗约为-6db。在pcb制作时，要注意周边器件尽量靠近ic，布线尽量短，减少分布参数的影响。在rf端口接一1／4波长的短接线到地，保护obu不受静电或其它瞬态干扰损坏。
图4
2．2 rsu接收机低噪声放大电路
为了更好地达到噪声与增益的平衡，本系统采用了两级低噪声放大。要把idb压缩点小、噪声系数小和增益大的作为前级放大。要注意低噪曹的防静电保护和电磁屏蔽，防止其振荡影响性能。
2．3 rsu接收机混频器电路设计
一般说来，无源平衡混频器的性能最好，它具有较高的二阶、三阶截获点，有更好的噪声平衡性能，但缺点是需要大的本振功率并具有较大的变频损耗。这里采用无源双平衡混频器mmic，在rf信号频率为5．8ghz、本振lo输入功率为10dbm的情况下，变频损耗为8db，双边噪声系数为5db(双边带为8db)，输入1db压缩点为9dbm，三阶互调截断输入点为14dbm，本振-射频信号的隔离度为30db，本振-中频的隔离度为25db。
2．4 rsu接收机中频滤波／放大电路
中频系统的频率特性如中心频率、通频带、带内起伏、带外衰减等主要取决于中频滤波器，通常为lc型滤波器，这里采用低通-高通构成的带通滤波器。bpsk信号的频谱类似载波抑制的双边带，其带宽为基带信号带宽的2倍，即500khz。但考虑到2mhz或1．5mhz作为载波中心频率，所以滤波器中心频率为1．75mhz，3db带宽为1mhz，带外抑制在0．3mhz处大于30db，滤除因反射强耦合混频后产生的直流低频信号，在10mhz处大于35db，防止带外信号的干扰。
中频放大器由四级组成，前三级为低噪声系数和宽频带工作范围的双极型放大器mmic，末级为视频宽带运放。四级增益共为7&lb左右。因为增益高，很容易导致正反馈产生自激，可在级间并接稳定电阻到地，一般为100欧姆左右。
2．5 日su接收机系统指标测试
rsu接收机系统指标测量方案如下：接收机本振端输入频率为5797．5mhz，功率为10dbm的频率源，网络分析仪hp8753et输出端经衰减器衰减后与接收机信号端相连，hp8753et输出频率为5799．5mhz的单频连续波，功率可调整，用频谱仪测试中放2mhz频率处的输出功率值，测试结果如表1。
表1实验测试结果
信号输入端功率（dbm） 本体噪声（不加输入） -102 -97 -92 -88 -86 -84 -82
相应的功率值（dbm) -21 -13 -9 -4 0 2 4 4
由表1可见，实际的本体噪声要比设计的大2db左右。在输人为-97dbm处，输出信号信噪比s／n为11db。当接收机信号端输入功率为-82dbm时，出现削顶失真。但在接收机信号端输入功率为-97dbm·-84dbm时，增益为+87db，基本都呈线性放大，满足系统要求。
本文提出丁一套5．8ghz的微波接收机电路，并给出了实验结果。它可应用于基于dsrc的高速公路无线不停车收费系统或其他工作频率为5．8ghz的无线通信系统。
广和通携手腾讯云共同挖掘物联网中速率市场新风口
混合信号示波器选择多少条通道合适？
LED显示屏系统如何来保护
科普：常见的连接器及其分类
“5G+工业互联网”将在越来越多的领域发挥着巨大作用
5.8GHz微波接收机电路art计
一加刘作虎：用Android TV提供简洁和快速顺畅的用户体验
转换器是干什么用的
AI深度融合发展如何去探索
ARM Cortex-A50导入大小核架构 促进64位处理器发展
基于FETMX8MP-C核心板的商用车智能驾驶终端
Redmi已经成功地在LCD屏幕上实现了屏幕指纹
创建ZYNQ处理器设计和Logic Analyzer的使用
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韩国近5年来的机器人产业发展形容为原地踏步
海清视讯在行业内首家实现了“一机四用”运用结合
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