Improvement of image rejection for Hartley image reject receivers

Abstract

Bu tez çalışmasında, geniş bantlı alıcılarda kullanılan Hartley görüntü bastırma topolojisinde görüntü bastırma performansının bozulmasına neden olan genlik hatalarını ortadan kaldırmayı amaçlayan ayarlanabilir genlik kompanzasyon metodu sunulmuştur.Öncelikle farklı tipteki alıcı topolojileri incelenmiş ve görüntü problemine sunduğu çözümler incelenmiştir. Özellikle geniş bantlı sistemler için bu topolojilerin istenilen görüntü bastırma oranlarını elde edebilmek adına alıcı tasarımlarında izlenmesi gereken yöntemler irdelenmiştir. Hartley görüntü bastırma topolojisinin görüntü sinyali problemine getirdiği çözüm, ilgili denklemler ile gösterilmiş, sistem benzetimleri ile desteklenmiştir. Topolojide kullanılan komponentlerden kaynaklanan genlik ve faz hataları belirlenmiş, bu hataların görüntü bastırma oranlarını nasıl etkilediği gösterilmiştir. Görüntü bastırma seviyelerini iyileştirmek adına uygulanan ayarlanabilir genlik kompanzasyon metoduna ek olarak ayarlanamayan sabit faz kompanzasyon metodu tasarıma uygulanmıştır. Öne sürülen genlik kompanzasyon metodunun etkileri, geliştirilen ve 950-1450 MHz arasında çalışan alıcı tasarımı üzerinde ölçülmüş ve görüntü bastırma oranlarında iyileşmeler sağladığı sunulmuştur. Öne sürülen bu metot ile geniş bantlı sistemler için gerekli olan filtre bankası ihtiyacının ortadan kaldırılabileceği gösterilmiştir.Ayrıca alıcı tasarımının bir parçası olan frekans sentezleyicilerde kesirli-faz kilitlemeli döngü kullanımında ortaya çıkan çıkıntı (spur) işaretleri, ayarlanabilir referans saat işareti metodu uygulanarak bastırılmıştır. Bu metodun 200 us koruma zamanı olan frekans atlamalı yayılı izge tekniği için de uygulanabilir olduğu, kilitleme süreleri ölçümleriyle gösterilmiştir. Bu yöntem uygulanarak 950-1450 MHz arasında çalışan alıcı tasarımı için gerekli olan LO sinyallerinde 40 dB'ye kadar çıkıntı sinyali bastırma oranları elde edilmiştir. Bu yöntemin uygulanmasıyla uydu haberleşme standartlarında belirlenmiş faz gürültüsü ve çıkıntı sinyal güç seviyelerinden daha üstün sonuçlar elde edilmiştir. Öne sürülen bu iki metodun uygulanmasıyla elde edilen ölçüm sonuçları, piyasada yer alan ürünler ve akademik çalışmalar ile karşılaştırılarak değerlendirilmiştir.

In this thesis, a tunable amplitude compensation method is presented for Hartley image-reject topology which eliminates amplitude errors causing degradation in image rejection performances.Firstly, different types of receiver topologies and solutions of these topologies for image signal problem are investigated as background knowledge. Especially, methods that need to be applied in these topologies to obtain sufficient image rejection ratios are studied for broadband systems. The presented solution of Hartley image reject topology for image signal problem is proven by mathematical expressions and supported by simulation results. The amplitude and phase errors of components used in the topology are identified. Also, the effects of these errors on image rejection ratios are investigated. In addition to the tunable amplitude compensation method for obtaining improvements of image rejection values, a non-tunable phase compensation method is also applied to the proposed design. The effects of the proposed tunable amplitude compensation method are measured on the designed receiver which covers 950-1450 MHz band. Improvement of image rejection values is presented. It is also shown that the necessity of filter banks could be eliminated by the proposed method.Besides, the frequency synthesizer is another critical part of the receiver design. Tunable reference clock frequency method is presented as a spur reduction method for spurious signals which are caused by using fractional-PLL in frequency synthesizer design. It is shown that tunable reference clock frequency is applicable for frequency spread spectrum systems which have 200 us guard time. Up to 40 dB spur reduction is achieved for LO signals which are required for 950-1450 MHz receiver. Superior results are obtained when considering the communication standards requirements in terms of phase noise and spurious power response. Measurement performed using both proposed methods are evaluated by a comparison with the literature and similar commercial products.