如何避免无线通信时的同频干扰?

时间:2018-01-31 15:54来源:ZLG致远电子

摘要:想要解决同频干扰问题,通过软件和硬件两个方向都可以,本文主要从硬件设计的角度,为解决同频干扰提供方案。

在物联网高速发展的现在,各个频段的应用几乎达到了极致,这就导致了不同模块之间的相互干扰,对于滤波以及抗干扰性的要求不断提升。如何避免同频干扰,成了困扰众多工程师的难题。

想要解决同频干扰问题,通过软件和硬件两个方向都可以,本文主要从硬件设计的角度,为解决同频干扰提供方案。

从硬件的角度来看,想要避免同频干扰,可以增加可用带宽,增加带宽意味着在跳频的时候有着更多的选择,划分信道之间的距离更大,从而避免相互干扰,同时也大大降低了软件设计的难度。

在实际应用中对无线模块带宽影响较大的因素有 LNA 输入阻抗、PA 输出阻抗、滤波器的阻抗以及天线阻抗。前两者用户只能依照原厂给出的参数去匹配,而天线的阻抗则是根据实际应用场景去挑选对应的型号,所以滤波器的阻抗匹配才是电路设计的关键。

我们都知道传输功率在阻抗匹配时可以才可以到达最大,但在实际设计中往往只能达到某个频点的阻抗匹配,这是不符合工程应用的。因为相比于在某一个频点传输功率的最大化,一个频段范围内均衡的功率传输才是更重要的。信号输出不集中于某一个频点而是均衡覆盖一段较宽的频率范围不仅能保证模块在应用时容错率更强,还能保证量产时的一致性。

现在市面上可用于400-500MHz 频率的滤波器有很多,在这里我们挑选出两种最典型的滤波器:巴特沃斯和切比雪夫,对比他们的端口阻抗在不同频率下的变化情况,从而得出该滤波器的使用带宽,最终选择在无线通信中最合适的滤波器。

我们做了如下实验, 图1、图2是使用 ADS 仿真的两个5阶600MHz 低通 LC 滤波器,图1为巴特沃斯滤波器,图2为切比雪夫滤波器。


 
图1 巴特沃斯滤波器拓扑
 
 
图2 切比雪夫滤波器拓扑
 
图3、图4分别对应他们的端口阻抗与驻波比。

 
图3 巴特沃斯滤波器的 Smith 、VSWR 及 S21
 
 
图4 切比雪夫滤波器的 Smith 、VSWR 及 S21
 
这里可以清楚的看到在史密斯圆环中,两种滤波器不同频率下的阻抗并不相同,巴特沃斯滤波器伴随着频率的增加,阻抗偏离匹配点;而切比雪夫滤波器因为有谐振电路引起阻抗的突变的,所以阻抗会围绕在匹配点附近小范围变化,这就导致切比雪夫滤波器的可用频段比巴特沃斯滤波器更多。
LM400T 模块以切比雪夫滤波拓扑为模型设计了滤波器电路,其信道能够覆盖400MHz~525MHz,且输出功率保持在18dBm 以上,足以达到了信道划分的要求。


 
 
当多组模块同时工作时即可划分出多个信道,让不同组的模块在不同的信道下通信,模块之间的通信也不会因为划分信道较多而受到影响,这就达到了避免同频干扰的效果。

 
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