2.4GHz零中频接收机设计：原理、挑战与优化

21世纪零中频接收机原理框图在软件项目的需求分析中起着关键作用，特别是在2.4GHz射频前端设计的研究中。本文详细探讨了这种接收机结构，其核心思想是通过跳过中频转换，直接将射频信号转换至基带，从而显著提高集成度。零中频接收机的优点包括：无需独立的中频滤波器，使得集成度大幅提高；使用低通滤波器代替带通滤波器简化了滤波设计；由于镜像信号和有用信号动态范围相同，降低了对镜像抑制的要求；结构简单，功耗降低。 然而，零中频接收机并非完美无缺。混频器的射频输入、本振输入和中频输出之间存在隔离度限制，可能导致信号泄漏，特别是本振信号可能会泄漏到天线，产生自混频噪声，导致直流寄生失调和后级增益饱和。此外，由于CMOS电路的1/f噪声特性，它可能干扰接收信号的低频成分，影响信噪比。零中频接收机相比于传统的超外差接收机，更容易受到偶次谐波失真的影响，但通过采用差分电路结构和双路正交下变频设计，可以有效减少这种失真。 设计过程包括了低噪声放大器（LNA）的选择和设计，利用如ADS这样的射频电路仿真软件进行仿真，确保达到预期的性能指标。混频器的设计也十分重要，包括无源微带混频器和有源混频器，前者如电桥平衡混频器，后者则考虑了增益补偿。天线设计方面，2.4GHz圆极化微带天线采用顺序旋转组阵技术和侧馈馈电方式，以扩展带宽并提高综合性能。 文章的研究背景源于南京理工大学2.4GHz无线传输的预研项目，具有广阔的应用前景。本文的低噪声放大器采用源极负反馈电路，具有良好的宽频带噪声性能，而圆极化微带天线则利用先进的阵列技术和宽频带技术，提升了整体接收性能。本文深入研究了射频前端的关键模块，为提高接收机性能提供了理论支持和实践案例。