5.8GHz微波接收机电路设计方案

DSRC 作为一种专用的无线短距通讯协议，首要针对固定于车道或路侧的路侧单元(RSU)与转载于移动车辆上的车载单元(OBU)之间的通讯接口规范。本文选用广 泛运用的被动式欧洲DSRC规范，其首要技能目标如下：作业频率为5．8GHz，下行数据为FMO编码，速率为500kbps，调制方法为崎岖(AM)调 制；上行数据为NnZI编码，速率为250kbps，调制方法为2MHz或1．5MHz副载波的二进制相移键控(BP5K)调制，数据误码率为10-6。 图l为DSRC通讯体系作业方法。它选用半双工的通讯方法，首要有两种作业方法：下行和上行方法。 当在下行方法时，RSU为发射方法，而OBU为接纳方法，RSU发射以AM调制方法把调制信号F AM加到5．8GHz的载波频率F0上。当在上行方法时，RSU为接纳方法，而OBU为发射方法，RSU发射接连的j．SCHz载波FO给OBU，并与 OBU中的2MHz或1．5MHz的副载波BP5K调制信号Fm混频后，再经过天线反射回R5U上的接纳机进行同步解调。

本文针对DSRC通讯体系给定的要求，提出了一套含OBU和RSU的频率为5．8GHz的微波接纳电路，具有灵敏度高、动态规模大等特色，并在最终介绍了体系的试验状况。

1 规划原理

1．1接纳体系的效果间隔和灵敏度预算

OBU的下行唤醒效果间隔为：

(1) 式中，λ=载波的波长=5cm；po=RSU发射机的功率输出=18dBm；Gt为RSU的天线增益：13dB；Gr=OBU的天线增益=6dB；Ls= 车辆挡风玻璃形成的损耗=-5dB；Smin=OBU的唤醒灵敏度=-40dBm。因而可求得OBU的下行唤醒效果间隔在15m左右。

OBU接纳到的功率，经OBU的BP5K副载波调制后，再发射回RSU接纳机，故接纳功率为：

(2)式中，Lb为OBU的副载波调制和转发损耗，约为-6dB；月为上行链路时OBU与RSU接纳机的间隔。所以当只为5m-1lm的正常通讯规模时，R5U接纳机射频端的动态崎岖为-84dBm~-97dBm，RSU接纳机灵敏度有必要-97dBm。

1．2 RSU接纳机的总体规划

本 体系为微波反射式体系，OBU反射RSU发射机的载波作为上行发射载波，故RSU接纳机的RF信号与本振10信号相同。所以本接纳机选用零中频接纳计划设 计，由于上行副载波BPSK调制信号是双方带调制，它的频谱坐落载频的两头，故不需求镜频按捺。如图2所示，RSU接纳机首要由射频带通滤波器、低噪声放 大器、1昆频器、中频带通滤波器和中频扩大及BPSK解调电路组成。

针对体系对接纳机的要求，在接纳机规划中，首要重视以下几个方面：接纳机的噪声系数规划、 接纳机的大动态规模规划、接纳机微波无源部件的精确规划。考虑其全 面的功能，在详细电路规划中，有必要均衡规划各级的噪声系数、功率增益，保证各个无源部件的精确性，合理分配部分电路的目标，以到达体系对接纳机的要求。

1．3 RSU接纳机的灵敏度

关于相干解调的BPSK信号的比特误码率BER为：

(3)式中，S／N为输入信号的信噪比。因而，为了取得10-6或更少的数据误码率，中频扩大器端的信噪比有必要大于10．5dB。而RSU接纳机所需的信号功率可表明为：

PUR=10lg(kT)+10lgB+NF+S/N (4)

(4)式中，k=波尔兹曼常数，T=室温(290K)，B=中频带宽=1MHz，NF=RSU中频扩大器前端的噪声系数，S／N为中频扩大器输入端信噪比>10．5dB。

RSU中频扩大器前端的噪声系数为：

(5)式中，NF1=1／G1=射频带通滤波器插入损耗=2dB，NF2=低噪声扩大器噪声系数=2.1dB，NF3=混频器单边噪声系数=5dB，G2=低噪声扩大器增益=24dB (见图2)。G3=混频器的增益=-8dB，NF4=中频带通滤波器噪声系数=3dB。

当S／N为最小所需信噪比(10．5dB)时，可求得RSU接纳机的灵敏度为：

Pmin=(-114+4.2+10.5)dBm≈-99dBm-97dBm

故能够满意体系的规划要求。

1．4 RSU接纳机的动态规模

动态规模是指以某种方法下降接纳机功能的较强带外信号电平与极弱小信号之比。一般考虑的弱信号便是接纳灵敏度。动态规模一般有两种表现方法，即用IdB增益 紧缩表明的单音动态规模和三阶互调表明的双音动态规模。本接纳体系中，首要考虑单音动态规模。RSU接纳机总的三阶互调输入切断点(IP3)3为：

(6) 式中，(IP3)1=射频带通滤波器的I/P=∞，(IP3)2=榜首级LNA的IP3=15dBm，(IP3)3=第二级LNA的IP3=23dBm； (IP3)4=混频器的IP3=14dBm；Gi为以上各级的增益，其间G2=15dB，G3=9dB，两级共24dB，其他增益值如图2所示。故可求 得：

,

得(／P3)o=-8dBm。

一般来说，IdB输入紧缩点Pldb-in要比三阶互调切断点约低10dB，所以RSU接纳机总的Pldb-in约为-18dBm，故接纳端动态规模为 -99dBm–18dBm。本体系正常通讯时接纳端作业信号规模为-97dBm–84dBm，但由于发射机的输出功率为18dBm，而收发天线之间的 阻隔度>38dB，考虑发射的强信号耦合，则接纳机收到的最大信号Pmax=(18-38)dBm=-20dBm。故实践接纳射频信号端动态规模为 -97dBm~-20dBm。明显，RSU接纳机的动态规模满意体系的要求。

1．5 RSU接纳机的微波部件规划、仿真和制造

射 频带通滤波器选用耦合微带线三级级联方法，结构紧凑，寄生通带的中心频率较高，适用频带规模大。图3为带通滤波器仿真的S21和S11参数图，带通滤波器 3dB带宽为5．65GHz~5．95GHz，在5．3GHz和6．3GHz带外频率点处衰减>20dB。实践测验的带内插损S21比仿真规划的要 大1~2dB，这是由于滤波器相对频带仅为4％左右，此刻耦合线的辐射损耗对Q值影响大，导致带内衰减加大。

扇形线应用于微波有源器材的直流偏置电路中，它与隔直%&&&&&%一同保证直流偏置与射频信号的阻隔。扇形的长度和连线长度都为中心频率1／4波长左右，连线一般作 成曲折的方法，便于对其长度进行微调，夹角为45度如图4扇形线的S11和S22参数仿真图所示，扇形偏线在5．7GHz~5．9GHz频段内，插损小于 0．5dB，其回波损耗约大于40dB，故能较好地对射频信号进行阻隔。

2 接纳机电路规划技能

2．1 OBU电路规划

OBU电路框图如图5所示，SB_out为唤醒直流输出最大信号， DATA_out为解调后的下行FMO码输出，MOD为下行的2MHz载波的BPSK调制信号输入端，OBU有搁置、下行和上行方法三种作业方法，由WK in和T／R来挑选操控。OBU的唤醒灵敏度约为-40dBm，转发损耗约为-6dB。在PCB制造时，要注意周边器材尽量接近IC，布线尽量短，减少分 布参数的影响。在RF端口接一1／4波长的短接线到地，维护OBU不受静电或其它瞬态搅扰损坏。

2．2 RSU接纳机低噪声扩大电路

为了更好地到达噪声与增益的平衡，本体系选用了两级低噪声扩大。要把idb紧缩点小、噪声系数小和增益大的作为前级扩大。要注意低噪曹的防静电维护和电磁屏蔽，避免其振动影响功能。

2．3 RSU接纳机混频器电路规划

一 般说来，无源平衡混频器的功能最好，它具有较高的二阶、三阶截获点，有更好的噪声平衡功能，但缺陷是需求大的本振功率并具有较大的变频损耗。这儿选用无源 双平衡混频器MMIC，在RF信号频率为5．8GHz、本振LO输入功率为10dBm的状况下，变频损耗为8dB，双方噪声系数为5dB(双方带为 8dB)，输入1dB紧缩点为9dBm，三阶互调切断输入点为14dBm，本振-射频信号的阻隔度为30dB，本振-中频的阻隔度为25dB。

2．4 RSU接纳机中频滤波／扩大电路

中频体系的频率特性如中心频率、通频带、带内崎岖、带外衰减等首要取决于中频滤波器，一般为LC型滤波器，这儿选用低通-高通构成的带通滤波器。BPSK信 号的频谱相似载波按捺的双方带，其带宽为基带信号带宽的2倍，即500kHz。但考虑到2MHz或1．5MHz作为载波中心频率，所以滤波器中心频率为 1．75MHz，3dB带宽为1MHz，带外按捺在0．3MHz处大于30dB，滤除因反射强耦合混频后发生的直流低频信号，在10MHz处大于 35dB，避免带外信号的搅扰。

中频扩大器由四级组成，前三级为低噪声系数和宽频带作业规模的双极型扩大器MM%&&&&&%，末级为视频宽带运放。四级增益共为7lB左右。由于增益高，很简单导致正反馈发生自激，可在级间并接安稳电阻到地，一般为100欧姆左右。

2．5 日SU接纳机体系目标测验

RSU 接纳机体系目标丈量计划如下：接纳机本振端输入频率为5797．5MHz，功率为10dBm的频率源，网络分析仪HP8753ET输出端经衰减器衰减后与 接纳机信号端相连，HP8753ET输出频率为5799．5MHz的单频接连波，功率可调整，用频谱仪测验中放2MHz频率处的输出功率值，测验成果如表1。

表1试验测验成果

由表1可见，实践的本体噪声要比规划的大2dB左右。在输人为-97dBm处，输出信号信噪比S／N为11dB。当接纳机信号端输入功率为-82dBm时， 呈现削顶失真。但在接纳机信号端输入功率为-97dBm·-84dBm时，增益为+87dB，根本都呈线性扩大，满意体系要求。

本文提出丁一套5．8GHz的微波接纳机电路，并给出了试验成果。它可应用于根据DSRC的高速公路无线不泊车收费体系或其他作业频率为5．8GHz的无线通讯体系。