【摘 要】
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无定形扁平化空地自组织网络引入了无人机搭载的空中中继节点以消除地面存在的各种干扰,可以有效延长节点通信距离。但在一些复杂环境中,仅依靠空中中继节点无法保持节点的远距离通信和网络的稳定。为了进一步增强网络拓扑的稳定性,本文重点研究了射频前端的三个关键模块:射频开关,低噪声放大器和功率放大器,将射频前端与自组织网络节点相结合,实现了节点收发支路的分离,增强了网络拓扑的稳定性。本设计主要完成了以下工作:
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无定形扁平化空地自组织网络引入了无人机搭载的空中中继节点以消除地面存在的各种干扰,可以有效延长节点通信距离。但在一些复杂环境中,仅依靠空中中继节点无法保持节点的远距离通信和网络的稳定。为了进一步增强网络拓扑的稳定性,本文重点研究了射频前端的三个关键模块:射频开关,低噪声放大器和功率放大器,将射频前端与自组织网络节点相结合,实现了节点收发支路的分离,增强了网络拓扑的稳定性。本设计主要完成了以下工作:(1)为了控制节点中射频信号的发射和接收,本文基于0.18μm CMOS工艺设计了一款适用于2.4GHz频段的高隔离度单刀双掷(SPDT)射频开关,开关通过激励电压的变化控制信号的发射和接收,借助级联的带通滤波器消除带外信号的干扰。仿真结果表明:在工作频段2.4GHz-2.5GHz内,射频开关的插入损耗小于1.5dB,隔离度大于40dB,0.1dB压缩点为38dBm,满足自组织网络平台的性能需求。(2)为了增强节点的信号接收能力,本文使用Avago公司的ATF-54143晶体管设计了一款二级级联低噪声放大器(LNA),该LNA与节点的输入端级联,构成了节点的接收支路。电路优化后,仿真结果表明:在工作频段内LNA的噪声系数为0.515dB,增益大于30dB,回波损耗小于-15dB,1dB输入功率压缩点出现在-12dBm。(3)基于NXP公司的AFT27S010N晶体管设计了一款功率放大器(PA)以提高信号的传输距离,PA与射频开关的输出端级联,构成节点的发射支路。通过ADS软件优化后,仿真结果表明:在工作频段内PA的增益大于19dB,回波损耗小于-15dB,1dB输出功率压缩点为41.19dBm,此时放大器的效率为56.207%。(4)最后进行了组网拓扑实验,实验结果表明:射频前端模块可以分离节点的收发支路且可以有效地增强网络拓扑的稳定性。
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