ADS学习笔记 7. 超外差接收机设计

基于ADS2023 update2

-1、射频接收机性能指标

(1)灵敏度。 灵敏度是指接收机能使原始的调制信号有一定程度的重现时，所需接收的最小信号。灵敏度表征的是接收机接收微弱信号的能力。当接收机正常工作时，能从天线上所感应到的最小信号称为接收机的灵敏度。接收机正常工作包含两个方面:输出功率达到一定要求;输出信噪比达到一定要求。相应地，灵敏度也分两种:当接收机内部噪声不大时，接收机输出额定功率即可正常工作，此时天线上的最小信号称为额定灵敏度或绝对灵敏度;在接收机噪声很大时，输出信噪比必须达到一定值，接收机才能正常工作，此时天线上的灵敏度称为实际灵敏度或相对灵敏度。
(2)噪声系数。 噪声系数是通信系统中非常重要的一个指标，它定义为在一个频率点或一个频带上的值。首先假定在所考虑的噪声带宽之内，系统的增益为常数，并且噪声功率谱是均匀的，且噪声源的内阻与负载是匹配的。通过调节级间匹配使每一级都获得最小噪声系数，则系统总的噪声系数也最小。在接收机系统中，级联系统的噪声系数在第一级放大器即通常所说的低噪声放发器处建立起来，以后各级对系统噪声系数的贡献，与前面各级的增益大小密切相关。
(3)选择性。 选择性是指在邻近频率强干扰和信道阻塞的情况下，接收机满足提取所需信号的能力。在多数体系结构中，中频信道选择滤波器的设计决定了接收机的选择性。常用矩阵系数Kr0.1或K0.01表征。如果接收机在频率选择和线性度上不充分，那么就会产生互调分量而降低所需信号的质量。失真度确认了接收机所能接收的信号的最大功率。
**(4)动态范围。**动态范围用来定义接收机在检测噪声基值上的弱信号和处理无失真的最大信号的能力。

0、设计指标

超外差接收机是应用最为广泛的一种接收机结构，通过两次变频将射频信号调制至模拟基带。但由于中频带通滤波器需要在片外实现，这在一定程度限制了超外差接收机芯片的集成度。

●完成一个 2.4GHz超外差接收机的结构设计，观测输出频谱。

●对超外差接收机进行增益和噪声预算分析。

1、超外差接收机设计

在上一节的工程文件下，新建原理图03_Receiver_Superheterodyne。超外差架构需要两次变频，为射频前端和模拟中频电路，分别进行设计。

添加两个功率端口，输入端和本振源

在Filter-BandPass中添加切比雪夫滤波器，在Amp中添加放大器和Mixer（含射频本振）。放大器和Mixer都要添加NF，至此完成射频前端部分

接着完成模拟中频部分。包括中频带通滤波器、混频器、中频本振、可变增益放大器

最终超外差架构如下图，添加HB仿真。输入信号功率为-110dBm

仿真结果如下

2、超外差接收机链路预算

新建原理图04_Receiver_Superheterodyne_Budget，添加AC控件。链路的Budget只能AC/HB控件，自己设置链路路径为budget_path=["PORT1.t1","BPF1.t2","AMP1.t2","MIX1.t2","BPF2.t2","MIX2.t2","AMP2.t2","Term2.t1"]，端口的是t1，链路上的是t2。自己更改BudGain和BudNF的计算参数（没办法，ADS2023版本已经没有BUDGET控件了）

仿真结果如下，仿真输出都要只看Bud[0]的结果。接收机输出信号的增益可达112.988dB，可以把-110dBm天线接收到的输入信号放大到3dBm，增益效果不错。噪声系数NF只有3.379dB