【成功案例】汽车音响娱乐系统中WF121 WIFI模块的雷达波抗扰问题的分析和优化

时间： 2018-08-14 来源：世强

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SILICON LABS（芯科科技）可为用户提供定制及通用产品，包括高性能混合信号的微控制器产品、时钟及晶振、隔离及电源产品、音视频产品、无线产品等，覆盖了消费、通信、计算机、工业和汽车在内的市场与应用领域。

SILICON LABS推出的WIFI模块 WF121，其内部集成了TCP/IP和802.11MAC层，符合IEEE 802.11 b/g/n 无线协议，发射功率最大可达17dBm，接收灵敏度为-97dBm，该模块本身也通过了CE、FCC、IC韩国和日本的质量认证，减低了开发难度。

笔者设计的一款汽车音响娱乐系统采用了WF121模块对外互联，但在进行雷达波抗扰度测试时，WIFI的误码率（PER）比较大导致测试失效，经过分析和改进设计后，顺利解决了问题通过了测试。

问题描述

这款汽车音响娱乐系统在受到雷达波1.2GHz、1.21GHz、1.23GHz这三个频点的噪声干扰时，误码率PER大于10%（客户要求PER必须小于10%），除此之外在400M和800M位置误码率也大于其它位置。客户法规规定的雷达波噪声强度高达600V/m，测试频率从1.2G-1.4GHz，采用脉冲调制，脉冲重复率为300Hz，单个脉冲持续时间6uS，每秒50个脉冲，噪声波形图1所示。

图1 雷达波波形

问题分析

失效的频点为1.2GHz、1.21GHz和1.23GHz，而WIFI有用信号的频率为2.4GHz~2.48GHz，从失效频率来看，失效频点的两倍频刚好落在WIFI有用信号频段内，因此怀疑是雷达波频点的二次谐波对WIFI的工作频段造成了影响，干扰了同一频段有用信号的正常工作。

为证实猜想，笔者做了以下对比实验，来比较干扰信号二次谐波和WIFI有用信号在WIFI天线接收端的强度大小。

图2 雷达波谐波测量示意图

（1）首先测量雷达波在音响娱乐系统WIFI天线接收端产生的2.4GHz干扰信号的谐波大小。测试环境搭建示意图和结果如图2所示。测量结果显示，1.2GHz强度600V/m的雷达波其二次谐波的强度约为-18.5dBm；

（2）其次是测量WIFI信号发生器在天线接收端产生的有用信号强度。WIFI信号发生器的作用为发射有用信号，测试环境搭建示意图和结果如图3所示。测试计划要求WIFI信号发射功率为-30dBm。由测试结果可知：当信号发生器的发射功率为-30dBm时，经过空间传播衰减和接收天线的衰减，在WIFI天线端接收到的有用信号强度为-46.8dBm；

（3）对比（1）（2）在接收端测量到的结果数值可知，WIFI接收端接收到的有用信号强度远小于雷达波二次谐波干扰信号强度。只有当WIFI信号发生器发射功率增加到0dBm时，有用信号强度才能大于干扰信号强度，此时有用信号接收值为-17dBm。

图3 WIFI信号强度测量示意图

解决方案

在雷达波噪声发达器进行宽带射频大功率放大时，由于放大器末级晶体管的负载不可能匹配到对带宽内的每一频率都是最佳状态，因此为了得到同样大的输出功率，对于那些负载不处于最佳状态的频段晶体管就可能工作到饱和区或截止区，从而引起较大的非线性失真，产生一系列谐波。

由以上分析可知，功放和天线的非线性环节产生二次谐波导致实验失效。在采用以下两个对策后，实验顺利通过：

（a）由上述分析可知，各家实验室发射雷达波噪声的功放有一定的差异，导致WIFI频段内的谐波大小有差异，因此在保证功放的基频发生功率满足法规标准的情况下，对功放进行了改进，减小了其谐波能量；

（b）改善汽车音响娱乐系统WIFI接收天线的设计，把天线的拐角走线改成圆弧走线，减小走线上有用信号的衰减程度。

SILICON LABS的WIFI模块WF121通过了CE、FCC、IC韩国和日本的质量认证，它发射功率大（17dBm）、接收灵敏度高（-97dBm），并提供GPIO、AIO 时钟、I2C、SPI、UART和以太网等外设接口，另外，WF121模块内部集成了TCP/IP和802.11MAC层，协议栈包括了IP，TCP，UDP，DHCP及DNS，这些特点为使用者减少了开发难度且节省了大量研发时间，值得采用。