2．4 GHz收發(fā)系統(tǒng)射頻前端的ADS設計與仿真

由于各個模塊的參數(shù)均為已知，通過計算可以得出系統(tǒng)總的噪聲系數(shù)，三階互調(diào)截點等。
噪聲系數(shù)定義為系統(tǒng)輸入信噪功率比(SNR)i=Pi／N，與輸出信噪功率比(SNR)o=Po／No的比值，常用F表示。噪聲系數(shù)表征了信號通過系統(tǒng)后，系統(tǒng)內(nèi)部噪聲造成信噪比惡化的程度。噪聲系數(shù)常用NF(單位為dB)表示。根據(jù)噪聲系數(shù)的級聯(lián)式：

可以計算出系統(tǒng)總的噪聲系數(shù)，系統(tǒng)總的噪聲系數(shù)就是從圖3中的低噪聲放大器向輸出端方向看過去，所表現(xiàn)出的噪聲系數(shù)，也可以理解為當接收信號由低噪聲放大器傳輸?shù)捷敵龆?，接收端對信噪比的惡化程度。利用公?1)經(jīng)過計算得到系統(tǒng)的噪聲系數(shù)F＝2．582 dB，NF＝4．12 dB。
三階截點IP3定義為三階互調(diào)功率達到和基波功率相等的點，此點所對應的輸入功率表示為IIP3，此點所對應的輸出功率表示為OIP3。根據(jù)三階互調(diào)截點的級聯(lián)式：

可得，系統(tǒng)總的IIP3＝－9．75 dBm。同樣在模擬設計環(huán)境下，對接收端進行預算仿真，仿真結果如表2所示。

從表2的仿真結果可以看出整個接收端的增益為17．205 dB，假設接收天線接收到的信號為－30 dBm，則接收到的中頻信號大小為－12．795 dBm。中頻信號的仿真值略低于中頻接收端所需要的信號大小，這可以用驅動放大器來增加信號的大小。另外由仿真結果可以看出接收端總的噪聲系數(shù)為4．151 dB，而計算出的結果為4．12 dB。仿真的接收端的三階輸入截點為－10．124 dBm，而計算出的為－9．75 dBm。以上結果有一定的差異，該差異是由增益壓縮等因素所引起的。接收機的一個很重要指標是靈敏度，它定義為：在給定的信噪比的條件下，接收機所能檢測的最低輸入信號電平。靈敏度與所要求的輸出信號質量即輸出信噪比有關，還與接收機本身的噪聲大小有關。接收機的靈敏度可由下式計算得出：

假設接收機輸入端滿足共軛匹配，由源內(nèi)阻Rs產(chǎn)生的噪聲輸送給接收機的噪聲功率為其額定輸出，即：

假設Ta=290 K，則NRS=-174 dBm／Hz。所以靈敏度可表示為：

在本設計中，NF=4．12 dB，B=6 MHz，當(SNR)0,min=10 dB時，由式(5)計算可得：pin,min=92．08 dBm。接收機所接收的信號強弱是變化的，通信系統(tǒng)的有效性取決于它的動態(tài)范圍，即高性能的工作所能承受的信號變化范圍。動態(tài)范圍的下限是靈敏度，上限由最大可接受的信號失真決定。在本設計中考慮的是低噪聲放大器的輸入端的動態(tài)范圍。動態(tài)范圍可由式(6)得到：

利用式(6)計算可得：DRf=51．58 dB。
利用ADS軟件對接收端進行S參數(shù)仿真，該仿真可以用于測量各個器件的S參數(shù)等。在本仿真中，可以看成是當2～3 GHz，以1 MHz為步長的各個頻率分量通過該接收端時，接收端對各個頻率分量的增益或衰減大小的仿真。仿真模型及仿真結果如圖3，圖4所示。

從圖4可以看到接收到的有用射頻信號和該信號所對應的鏡像頻率信號的大小。由于在混頻器前有抑制鏡像頻率信號的帶通濾波器，所以鏡像頻率信號與有用射頻信號相比非常小。如果沒有混頻器前的濾波器則會出現(xiàn)圖4(b)的仿真結果。鏡像頻率信號與混頻器混頻后會得到與中頻信號頻率相同的干擾信號，這一干擾信號無法通過濾波器移除，這樣就會形成對有用信號的干擾，使信噪比下降。因此在混頻器前放置高Q值的濾波器對抑制鏡像干擾非常重要。