Здесь четыре основные характеристики радиочастотных схем будут интерпретированы с четырех аспектов: радиочастотный интерфейс, малый полезный сигнал, большой сигнал помех и помехи в соседнем канале, а также приведены важные факторы, которые требуют особого внимания в процессе проектирования печатной платы.

Радиочастотный интерфейс моделирования радиочастотных схем

Беспроводной передатчик и приемник концептуально разделены на две части: базовую частоту и радиочастоту.Основная частота включает в себя диапазон частот входного сигнала передатчика и диапазон частот выходного сигнала приемника.Ширина полосы основной частоты определяет основную скорость, с которой данные могут передаваться в системе.Базовая частота используется для повышения надежности потока данных и снижения нагрузки передатчика на среду передачи при определенной скорости передачи данных.Поэтому при проектировании схемы основной частоты на печатной плате требуются большие знания в области обработки сигналов.Радиочастотная схема передатчика может преобразовывать и повышать преобразование обработанного сигнала основной полосы частот в назначенный канал и вводить этот сигнал в среду передачи.Напротив, радиочастотная схема приемника может получать сигнал из среды передачи, преобразовывать и уменьшать частоту до базовой частоты.
Передатчик преследует две основные цели при проектировании печатной платы: первая заключается в том, что они должны передавать определенную мощность, потребляя при этом минимально возможную мощность.Во-вторых, они не могут мешать нормальной работе трансиверов в соседних каналах.Что касается приемника, то при проектировании печатной платы преследуются три основные цели: во-первых, они должны точно восстанавливать слабые сигналы;во-вторых, они должны иметь возможность удалять мешающие сигналы за пределами нужного канала;и наконец, как и передатчик, они должны потреблять очень небольшую мощность.

Большой помеховый сигнал моделирования радиочастотной схемы

Приемник должен быть очень чувствителен к слабым сигналам, даже при наличии сильных помех (препятствий).Такая ситуация возникает при попытке принять слабый или дальний сигнал передачи, а мощный передатчик поблизости вещает в соседнем канале.Мешающий сигнал может быть на 60–70 дБ больше ожидаемого сигнала, и он может быть сильно перекрыт во время входной фазы приемника, или приемник может генерировать чрезмерный шум во время входной фазы, чтобы заблокировать прием нормальных сигналов. .Если приемник попадает в нелинейную область из-за источника помех во время входного этапа, возникнут две вышеупомянутые проблемы.Чтобы избежать этих проблем, передняя часть приемника должна быть очень линейной.
Поэтому «линейность» также является важным фактором при проектировании печатной платы приемника.Поскольку приемник представляет собой узкополосную схему, нелинейность измеряется путем измерения «интермодуляционных искажений».Это предполагает использование двух синусоидальных или косинусоидальных волн с одинаковыми частотами, расположенных в центральной полосе, для управления входным сигналом, а затем измерение продукта его интермодуляции.Вообще говоря, SPICE — это трудоемкое и дорогостоящее программное обеспечение для моделирования, поскольку оно должно выполнять множество вычислений контура, чтобы получить необходимое разрешение по частоте для понимания искажений.

Малый ожидаемый сигнал при моделировании радиочастотных цепей

Приемник должен быть очень чувствительным, чтобы обнаруживать слабые входные сигналы.Вообще говоря, входная мощность приемника может составлять всего 1 мкВ.Чувствительность приемника ограничена шумом, создаваемым его входной цепью.Поэтому шум является важным фактором при проектировании печатной платы приемника.Более того, необходима способность прогнозировать шум с помощью инструментов моделирования.На рисунке 1 изображен типичный супергетеродинный приемник.Принятый сигнал сначала фильтруется, а затем входной сигнал усиливается малошумящим усилителем (МШУ).Затем используйте первый гетеродин (LO) для смешивания с этим сигналом и преобразования этого сигнала в промежуточную частоту (ПЧ).Шумовые характеристики входной схемы в основном зависят от МШУ, смесителя и гетеродина.Хотя традиционный анализ шума SPICE позволяет обнаружить шум МШУ, он бесполезен для смесителя и гетеродина, поскольку на шум в этих блоках будет серьезно влиять большой сигнал гетеродина.
Небольшой входной сигнал требует, чтобы приемник имел хорошую функцию усиления и обычно требует усиления 120 дБ.При таком высоком коэффициенте усиления любой сигнал, передаваемый с выхода обратно на вход, может вызвать проблемы.Важная причина использования архитектуры супергетеродинного приемника заключается в том, что она может распределять усиление по нескольким частотам, чтобы уменьшить вероятность связи.Это также приводит к тому, что частота первого гетеродина отличается от частоты входного сигнала, что может предотвратить «загрязнение» больших сигналов помех малыми входными сигналами.
По разным причинам в некоторых системах беспроводной связи прямое преобразование или гомодинная архитектура могут заменить супергетеродинную архитектуру.В этой архитектуре входной радиочастотный сигнал напрямую преобразуется в основную частоту за один шаг.Следовательно, большая часть выигрыша приходится на основную частоту, а частота гетеродина и входного сигнала одинакова.В этом случае необходимо понять влияние небольшой степени связи и создать подробную модель «пути паразитного сигнала», например: связь через подложку, штыри корпуса и соединительные провода (Bondwire) между муфта, а также связь через линию электропередачи.

Помехи соседнего канала при моделировании радиочастотных схем

Искажения также играют важную роль в передатчике.Нелинейность, создаваемая передатчиком в выходной цепи, может расширять полосу пропускания передаваемого сигнала в соседних каналах.Это явление называется «спектральным переростом».Прежде чем сигнал достигнет усилителя мощности передатчика (УМ), его полоса пропускания ограничена;но «интермодуляционные искажения» в усилителе мощности снова вызовут увеличение полосы пропускания.Если полоса пропускания увеличится слишком сильно, передатчик не сможет удовлетворить требования к мощности соседних каналов.Фактически при передаче сигналов с цифровой модуляцией SPICE не может использоваться для прогнозирования дальнейшего роста спектра.Потому что для получения репрезентативного спектра необходимо смоделировать передачу около 1000 символов (символов), а высокочастотные несущие волны необходимо объединить, что сделает анализ переходных процессов SPICE непрактичным.