收稿日期:2004-10-08 通讯联系人 E-mail:czy @ eis . whu . edu . cn
基金项目:国家自然基金资助项目(90307017)
作者简介:刘 洪 (1970-),男 ,硕士生,现从事射频微波集成电路研究 . E-mai l:llhx w@ sina . com . cn
文章编号:1671-8836(2005)03-0365-05
4G 手机无线接入系统设计及实现
刘 洪,陈章友
,高 帆,丁 凡,苏凡凡
(武汉大学 电子信息学院,湖北 武汉 430072)
摘 要:用射频微波电路集成技术设计第 4 代(4G)手机无线接入系统 . 从分布参数概念出发,主要在 smith 圆
图上进行电路设计.由微带线进行电路的实现,电路将各功能单元集成在微带基板上,具有体积小、重量轻、可靠性
高、与手机其他电路易于共形等特点. 运用网络转移参量矩阵理论进行了系统响应预估,结果表明所设计的无线接
入系统满足 4G移动终端的性能要求 .
关 键 词:射频微波集成电路;4G 无线接入系统;Smith 圆图;转移参量矩阵
中图分类号:T N 454 文献标识码:
A
0
引 言
随着通信、遥感、导航技术的迅速发展,卫星导
航与通信、机舰载雷达、无线通信终端等电子系统对
功耗、带宽、产品体积及重量的要求日益提高,满足
这些要求的射频微波集成电路得到了广泛应
用
[1 ～ 3]
. 射频微波集成电路综合射频微波电磁及网
络理论进行电路设计,将接收天线、低嗓声放大器、
滤波器及混频器集成在微带基板上,不仅重量轻,所
占空间小,而且与系统的后续 DSP 处理部分在基板
上进行一体化集成 .由于具有这些优点,射频微波集
成电路这一技术在 GPS 导航、4G 移动宽带系统、卫
星 IP 通信等领域起着关键作用 .
经过约半个世纪的发展,射频微波集成电路研
究已达到了相当水平 .在国外,工作在 40～ 60 G Hz
频段的射频微波集成电路已很普遍,频率超过 100
GHz的射频微波集成电路也有报道 . 国内在这一领
域紧跟国外发展方向做了不少工作
[4 ,5]
,但在射频
微波集成电路设计制作及系统仿真方面,由于设备
等条件的限制尚有差距 .
到目前为止,国内外对第 4 代移动通信系统
(4G)并没有一个精确的定义,其标准也尚未确立.
第 4 代移动通信系统技术目前还只是一个基本概
念,其实质就是无线互联网技术 . 发达国家都已投入
了大量的人力、物力、财力等资源进行 4G 新技术和
标准的研制 . 从国内情况看,在 2G、3G 的基础研究
与国际先进水平相比差距较大,大部分技术都处于
跟踪状态,这大大制约了我国自主技术的发展 . 目前
国内已经有不少科研单位参与了 4G 新技术的研
发,武汉汉网高技术有限公司、华中科技大学、东南
大学及上海交通大学等都取得了重大进展
[6 ,7 ]
. 但
作为 4G 移动通信用户终端设备的手机的研发在国
内外均尚见报道 .
鉴于 4G 手机的广阔市场前景,本文设计了 4G
无线接入系统 .从分布参数概念出发,结合射频微波
网络理论,在 Smith 圆图上进行电路设计,物理实现
采用微带线 .通过网络转移参量矩阵理论进行的系
统响应预估结果表明,所设计的无线接入系统在 5
GHz具有约 31 dB 增益,带宽优于 100 M H z,满足
4G 移动终端的性能要求 .
1
接入系统设计
手机接入系统设计包括 3 个方面:接收天线的
设计、放大器的设计及匹配电路的设计 . 下面分别介
绍接入系统各部分的设计 . 所用微带基板的参数为
介质材料的介电常数 ε
r
= 3 .48± 0 . 05,介质材料厚
度 h = 0 .5mm,导体带厚度 t = 0 .035 mm .
1 .1 天线设计
采用方形微带天线来接收空中信号,根据腔模
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