一种加窗OFDM收发机的制作方法

本实用新型涉及无线通信领域，具体涉及一种加窗OFDM收发机。

背景技术：

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术，实际上OFDM是MCM(Multi Carrier Modulation)，多载波调制的一种。OFDM技术是多载波传输方案的实现方式之一，它的调制和解调是分别基于IFFT和FFT来实现的，是实现复杂度最低、应用最广的一种多载波传输方案。在通信系统中，信道所能提供的带宽通常比传送一路信号所需的带宽要宽得多。如果一个信道只传送一路信号是非常浪费的，为了能够充分利用信道的带宽，就可以采用频分复用的方法。OFDM主要将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰(ISI)。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上可以看成平坦性衰落，从而可以消除码间串扰，而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。

加窗OFDM是发射信号的带外功率谱密度衰减的缓慢，即是带外功率辐射比较大，带外辐射不仅对无线传输信道造成很大的污染，而且对周围的设备也会造成一定的干扰。所以需要通过某种方法使OFDM的副瓣的能量能够迅速的衰减。由于副瓣的频率与主瓣非常的接近，所以不能通过滤波器来滤除副瓣的能量。因而滤除副瓣能量的方法有限，而加窗正是符合这种要求方法之一。加窗可以使副瓣的能量迅速的衰减，而且对主瓣能量的衰减几乎没有什么影响。

现有的加窗OFDM收发机与OFDM的收发机的组成部分类似。但是，目前的加窗OFDM收发机受限制与天线的技术限制，并不能实现宽带宽的高性能指标。同时，放大器的性能也显示加窗OFDM收发机的性能。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是现有技术中存在的带内平坦度低的技术问题。提供一种新的加窗OFDM收发机，该加窗OFDM收发机具有带宽宽、发射功率增益、带内平坦度高的特点。

为解决上述技术问题，采用的技术方案如下：

一种加窗OFDM收发机，所述加窗OFDM收发机包括接收通路与发射通路，接收通路与发射机构通过第一开关控制连接；所述接收通路包括与串并转换单元，与串并转换单元依次连接的加窗OFDM处理单元、放大器、第一滤波器第一开关及天线，第一开关的第一支路与第一滤波器连接；所述发射通路包括并串转换单元，与并串转换单元依次连接的加窗OFDM处理单元、放大器、滤波器、第一开关及天线，第一开关的第二支路与第二滤波器连接；

所述放大器包括依次连接的输入级匹配电路、第一级放大器、第一级匹配电路、第二集放大器、第二级匹配电路、第三级放大器以及输出级匹配电路；所述输入级匹配电路与第一级放大器共同连接一个LRC增益均衡电路。

本实用新型的工作原理：本实用新型为了实现具有平坦化的高增益的功率放大器，将LRC增益均衡器集成到功率放大器中，一方面是提高功率增益平坦度，一方面是可以增加集成度、减小均衡器所占面积。功率放大器的增益易出现纹波和不平坦的现象，甚至在倍频程能相差10dB以上。现有的通常采用负反馈结构改善增益平坦度，但是负反馈结构会导致功率损耗较大以及PAE下降，不适合应用于高效率功率放大器中。而利用增益均衡电路对功率增益进行修正，不仅可以有效改善增益平坦度，而且对功率损耗和PAE影响较小。

上述方案中，为优化，进一步地，所述天线包括包括基板，基板第一表面设有天线微带线，与第一表面对称的第二表面设有金属接地面；所述基板包括依次重合设置的第一介质层、液晶取向层、液晶腔、液晶取向层及第二介质层；所述液晶腔用于填充液晶超材料，液晶腔外设有外置偏压单元；外置偏压单元用于提供液晶腔的驱动电压。

进一步地，所述LRC增益均衡电路包括与输入级匹配电路与第一级放大器共同连接的电感L3，以及并联的电阻R1和电容C3；电阻R1与电容C3并联后一端与电感L3连接，另一端接地。

进一步地，所述输入级匹配电路为L型集总参数匹配电路结构，所述L型集总参数匹配电路结构包括并联电容C1以及串联电感L1。

进一步地，所述第一级匹配电路为π型集总参数匹配电路结构，包括并联电容C5、串联电感L5以及并联电容C6；

所述第二级匹配电路为π型集总参数匹配电路结构，包括并联电容C9、串联电感L8、并联电容C10以及串联电感L9；

所述输出级匹配电路为π型集总参数匹配电路结构，包括串联电容C13、并联电感L12、串联电容C14以及并联电感L13。

进一步地，所述第一级放大器包括1个晶体管芯；第二级放大器包括2个并联的晶体管芯；所述第三级放大器包括4个并联的晶体管芯。

本实用新型的有益效果：

所述加窗OFDM收发机的放大器针对增益平坦度进行优化，通过在输入级引入LRC增益均衡电路结构，利用增益均衡电路结构对放大器增益进行修正，可以有效的改善放大器的增益平坦度，另外LRC增益均衡电路结构可以降低谐振提高整体放大器稳定性。所述加窗OFDM收发机的放大器由三级放大电路级联组成，第一级为小信号放大器电路、第二级为驱动放大器电路、第三级为功率放大器电路。级间设有匹配电路，输入输出端口匹配至50Ω，具有高效率、良好增益平坦度和回波损耗低的特点，并且提高系统的集成度。

所述加窗OFDM收发机的放大器进行了谐波抑制电路实用新型，在第二级匹配电路中引入电容C和电感L组成二次谐波抑制电路用于提高电路线性度，以及在输出级匹配电路中引入电容C和电感L组成高次谐波抑制电路，通过参数优化用于抑制高次谐波。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1，加窗OFDM收发机的原理示意图。

图2，功率放大器电路原理图。

图3，功率放大器的功率增益的仿真曲线图。

图4，天线侧面结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

本实施例提供一种加窗OFDM收发机，所述加窗OFDM收发机包括接收通路与发射通路，接收通路与发射机构通过一个二选一开关控制连接；所述接收通路包括与串并转换单元，与串并转换单元依次连接的加窗OFDM处理单元、放大器、第一滤波器二选一及天线，二选一的第一支路与第一滤波器连接；发射通路包括并串转换单元，与并串转换单元依次连接的加窗OFDM处理单元、放大器、滤波器、二选一开关及天线，二选一开关的第二支路与第二滤波器连接；所如图2，述放大器包括依次连接的输入级匹配电路、第一级放大器、第一级匹配电路、第二集放大器、第二级匹配电路、第三级放大器以及输出级匹配电路；所述输入级匹配电路与第一级放大器共同连接一个LRC增益均衡电路。

本实施例中除了放大器和天线外，其余部分，包括OFDM处理单元，与现有的加窗OFDM收发机采用一样的结构。

对于放大器，本实施例如图2所示，此放大器包括三级放大器、LRC增益均衡电路结构以及四级集总参数匹配电路；所述的三级放大器包括第一级放大器pHEMT晶体管芯，第二级放大器由两个pHEMT晶体管芯级联组成，第三级放大器由四个pHEMT晶体管芯级联组成；所述的LRC增益均衡电路结构为电容C与电阻R并联网络与电感L串联组成，包括电容C3，电阻R1以及电感L1；所述四级集总参数匹配电路包括输入级匹配电路集总参数结构、第一级匹配电路集总参数结构、第二级匹配电路集总参数结构、输出级匹配电路集总参数结构；所述输入级匹配电路集总参数结构为L型集总参数匹配电路结构，包括并联电容C1以及串联电感L1；所述第一级匹配电路集总参数结构为π型集总参数匹配电路结构，包括并联电容C5、串联电感L5以及并联电容C6；所述第二级匹配电路集总参数结构为π型集总参数匹配电路结构，包括并联电容C9、串联电感L8、并联电容C10以及串联电感L9；所述输出级匹配电路集总参数结构为π型集总参数匹配电路结构，包括串联电容C13、并联电感L12、串联电容C14以及并联电感L13。

所述输入级匹配电路的输入端与外部射频输入端口相连接；所述第一级放大器pHEMT晶体管芯的输入端与输入匹配电路的输出端相连接；所述第一级匹配电路的输入端与第一级放大器pHEMT晶体管芯的输出端相连接；所述第二级放大器pHEMT晶体管芯的输入端与第一级匹配电路的输出端相连接；所述第二级匹配电路输入端与第二级放大器pHEMT晶体管芯的输出端相连接；所述第三级放大器pHEMT晶体管芯的输入端与第二级匹配电路输出端相连接；所述输出级匹配电路的输入端与第三级放大器pHEMT晶体管芯的输出端相连接；所述输出级匹配电路的输出端与外部射频输出端口相连接。

所述的放大器工作在L波段，pHEMT晶体管芯需要提供正负两种电压偏置，本实用新型采用双电源电路结构；所述第一级放大器pHEMT晶体管芯采用线性放大器的电压偏置，使第一级放大器pHEMT晶体管芯工作在A类放大器状态，提高电路的线性度和导通角；所述第二级放大器pHEMT晶体管芯采用线性放大器的电压偏置，使第二级放大器pHEMT晶体管芯工作在AB类放大器状态，提高电路的线性度；所述第三级放大器pHEMT晶体管芯采用开关放大器的电压偏置，使第三级放大器pHEMT晶体管芯工作在E类放大器状态，提高电路的效率。

所述输入级电容C3、电阻R1并联网络与电感L3串联组成的LRC增益均衡电路与第一级放大器pHEMT晶体管芯栅极相连接，所述LRC增益均衡电路不仅可以对增益进行修正从而有效改善增益平坦度，而且可以降低谐振提高整体放大器稳定性。

所述输入级匹配电路包括并联电容C1以及串联电感L1，其中电容C1和电感L1组成低通滤波器电路用于虑除带外杂散；所述第一级匹配电路并联电容C5、串联电感L5以及并联电容C6，其中电容C5和电感L5组成低通滤波器电路用于虑除带外杂散；所述第二级匹配电路包括并联电容C9、串联电感L8、并联电容C10以及串联电感L9，其中电容C10和电感L9组成二次谐波抑制电路用于提高电路线性度；所述输出级匹配电路包括串联电容C13、并联电感L12、串联电容C14以及并联电感L13，其中电容C13和电感L12组成高次谐波抑制电路，通过参数优化用于抑制高次谐波。

本实施例的三级放大器管芯均采用0.25-μm砷化镓赝配高速电子迁移率晶体管；由三级放大电路级联组成包括晶体管M1，晶体管M2，晶体管M3，晶体管M4，晶体管M5，晶体管M6，晶体管M7。第一级为小信号放大器电路、第二级为驱动放大器、第三级为功率放大器电路。各级放大器管芯采用不同栅宽尺寸的pHEMT晶体管芯，第一级放大器pHEMT晶体管芯的栅宽尺寸为75μm，第二级放大器pHEMT晶体管芯的栅宽尺寸为100μm，第三级放大器pHEMT晶体管芯的栅宽尺寸为125μm，各级管芯尺寸安排合理，保证整体能耗和效率的最优。级间设有匹配电路，输入输出端口匹配至50Ω，具有高效率、良好增益平坦度和回波损耗低的特点，并且提高系统的集成度。

本实施例所述三级放大器管芯的偏置，通过外围供电偏置电路提供，各级放大器管芯的栅极和漏极偏置VG1，VG2，VG3和VD1，VD2，VD3均采用耦合电感和旁路电容组成去耦电路结构，可以有效地抑制低频自激现象，确保系统的稳定性。VG1处连接有电容C2与电感L2，VG2处连接有电容C7与电感L6，VG3处连接有电容C11与电感L10；VD1处连接有电容C4与电感L4，VD2处连接有电容C5与电感L4，VD3处连接有电容C12与电感L11。

本实施例的一种L波段高效MMIC功率放大器，其工作中心频率为1575MHz，工作频段为1475-1675MHz，带宽为200MHz，在整个工作频带稳定。

如图3，为本实施例的功率增益的仿真曲线图，此MMIC功率放大器在工作频带内1475-1675MHz内的增益平坦度为±0.288dB，具有良好的增益平坦度。

如图4，为本实施例中的天线。天线包括基板，基板第一表面设有天线微带线，与第一表面对称的第二表面设有金属接地面；所述基板包括依次重合设置的第一介质层、液晶取向层、液晶腔、液晶取向层及第二介质层；所述液晶腔用于填充液晶超材料，液晶腔外设有外置偏压单元；外置偏压单元用于提供液晶腔的驱动电压。

首先，使用常用的天线仿真软件，计算1575MHz微带单元的尺寸，天线阵子的长度略为半波长。然后使用仿真软件HFSS进行建模，设置端口馈电模式。再输入液晶材料随电压变化的规律，该规律由现有的液晶材料研究取得。外置偏压单元使用的现有跳频滤波器中的电压控制方法，例如采用一般分压电路，将电阻采用复合1:2:4...的规律的电阻进行通断控制，完成对外置偏压进行类似控制，进而完成对介电常数的控制。本实施例中，将介电常数设置为一个变量x，带入HFSS仿真优化，得到天线微带线尺寸。

具体地，液晶腔由两个液晶取向层与正交设置的衬垫闭合构成。

具体地，为了防止金属对于阻抗匹配电路的影响，所述衬垫为聚四氟乙烯材料制成。

详细地，下介质层的材料与上介质层的材料均为RT/duriod_5880。尽管上面对本实用新型说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本实用新型，但是本实用新型不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本实用新型精神和范围内，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。