2019-01-19 10:17:57
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在物聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的現(xiàn)在，各個頻段的應(yīng)用幾乎達(dá)到了極致，這就導(dǎo)致了不同模塊之間的相互干擾，對于濾波以及抗干擾性的要求不斷提升。如何避免同頻干擾，成了眾多工程師的難題。
圖一 頻點(diǎn)空間間隔復(fù)用示意圖
想要解決同頻干擾問題，通過軟件和硬件兩個方向都可以，本文主要從硬件設(shè)計(jì)的角度，為解決同頻干擾提供方案。
從硬件的角度來看，想要避免同頻干擾，可以增加可用帶寬，增加帶寬意味著在跳頻的時候有著更多的選擇，劃分信道之間的距離更大，從而避免相互干擾，同時也大大降低了軟件設(shè)計(jì)的難度。如圖2，以wifi為例，由于頻道較宅，導(dǎo)致頻道復(fù)用較為嚴(yán)重，在同一區(qū)域內(nèi)最多只能使用三個模塊。
圖二 WiFi 信道劃分
在實(shí)際應(yīng)用中對無線模塊帶寬影響較大的因素有LNA輸入阻抗、PA輸出阻抗、濾波器的阻抗以及天線阻抗。前兩者用戶只能依照原廠給出的參數(shù)去匹配，而天線的阻抗則是根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場景去挑選對應(yīng)的型號，所以濾波器的阻抗匹配才是電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
我們都知道傳輸功率在阻抗匹配時可以才可以到達(dá)最大，但在實(shí)際設(shè)計(jì)中往往只能達(dá)到某個頻點(diǎn)的阻抗匹配，這是不符合工程應(yīng)用的。因?yàn)橄啾扔谠谀骋粋€頻點(diǎn)傳輸功率的最大化，一個頻段范圍內(nèi)均衡的功率傳輸才是更重要的。信號輸出不集中于某一個頻點(diǎn)而是均衡覆蓋一段較寬的頻率范圍不僅能保證模塊在應(yīng)用時容錯率更強(qiáng)，還能保證量產(chǎn)時的一致性。
現(xiàn)在市面上可用于400-500MHz頻率的濾波器有很多，在這里我們挑選出兩種最典型的濾波器：巴特沃斯和切比雪夫，對比他們的端口阻抗在不同頻率下的變化情況，從而得出該濾波器的使用帶寬，最終選擇在無線通信中最合適的濾波器。
我們做了如下實(shí)驗(yàn)， 圖3、圖4是使用ADS仿真的兩個5階600MHz低通LC濾波器，圖3為巴特沃斯濾波器，圖4為切比雪夫?yàn)V波器。
圖3 巴特沃斯濾波器拓?fù)?/p>
圖4 切比雪夫?yàn)V波器拓?fù)?/p>
圖5、圖6分別對應(yīng)他們的端口阻抗與駐波比。
圖5 巴特沃斯濾波器的Smith 、VSWR及S21
圖6 切比雪夫?yàn)V波器的Smith 、VSWR及S21
這里可以清楚的看到在史密斯圓環(huán)中，兩種濾波器不同頻率下的阻抗并不相同，巴特沃斯濾波器伴隨著頻率的增加，阻抗偏離匹配點(diǎn);而切比雪夫?yàn)V波器因?yàn)橛兄C振電路引起阻抗的突變的，所以阻抗會圍繞在匹配點(diǎn)附近小范圍變化，這就導(dǎo)致切比雪夫?yàn)V波器的可用頻段比巴特沃斯濾波器更多。
LM400T模塊以切比雪夫?yàn)V波拓?fù)錇槟Ｐ驮O(shè)計(jì)了濾波器電路，其信道能夠覆蓋400MHz~525MHz，且輸出功率保持在18dBm以上，足以達(dá)到了信道劃分的要求。
當(dāng)多組模塊同時工作時即可劃分出多個信道，讓不同組的模塊在不同的信道下通信，模塊之間的通信也不會因?yàn)閯澐中诺垒^多而受到影響，這就達(dá)到了避免同頻干擾的效果。