射頻基礎(chǔ)知識

1、射頻基礎(chǔ)知識1無線電波頻率劃分一 波段： P L S C X Kl K Q V 波 段 波 長 （厘米） 頻 率（千兆赫） P133.2-76.90.225-0.390 L76.9-19.30.390-1.550 S19.3-5.771.550-5.2 C7.69-4.843.900-6.2002無線電波頻率劃分表3天線一、線天線構(gòu)成線式天線的最基本單元是電基本振子或赫茲偶極子。 對稱半波振子的輻射電阻為73.09歐姆。二、縫隙天線 縫隙天線具有尺寸小、重量輕的特點(diǎn)。 縫隙天線的縫隙可以開在不同形狀和尺寸的金屬面上形狀和尺寸可以是各種各樣的。三、微帶天 剖面低，天線可以做得很薄。介質(zhì)基片的厚度

2、在0.51.2mm之間。 尺寸小，重量輕。 1.低剖面； 2.由于介質(zhì)的存在，尺寸比自由空間時(shí)約小 3.饋電網(wǎng)絡(luò)、濾波網(wǎng)絡(luò)集成在天線基片上，省去了波導(dǎo)或同軸元件。4天線 易安裝，特別適用于終端天線系統(tǒng)。 成本低，易加工，制造和生產(chǎn)方使。 天線的結(jié)構(gòu)和性能多樣化，（線極化、園極化）四、方向性天線 1.具有較高增益。 2.減少射頻輻射形成的“電磁活染” 。 4.1八木天線 振子數(shù)的選擇 振子間距的選擇 無源振子尺寸的選擇 有源振子尺寸的選擇 4.2對數(shù)周期天線 4.3角反射天線 4.4拋物面天線5天線 天線增益 天線阻抗 天線的寄生耦合 前后比 F/B 5060dB 邊對邊耦合 7080dB 背對

3、背耦合 8090dB 極化去耦 3035dB6微波發(fā)信設(shè)備一、發(fā)信設(shè)備的組成 直接中繼 外差中繼 基帶中繼 典型微波發(fā)信設(shè)備 7微波發(fā)信設(shè)備8發(fā)信設(shè)備的主要性能指標(biāo)一、工作頻段 工作頻段愈高，愈容易獲得較寬的通頻帶和較大的 通信容量； 天線設(shè)備也具有尖銳的方性，體積重量減小； 頻率高時(shí)，霧、雨或雪的吸收顯著、傳播損耗、衰落和接收設(shè)備噪聲也愈高； 二、輸出功率 通信話路、頻帶寬度、通信質(zhì)量、站址環(huán)境、多徑衰落、分集接收等諸因素有關(guān)。 一般情況下，數(shù)字通信比模擬通信有更好的抗干擾能力，相比需要較小的發(fā)送功率。9發(fā)信設(shè)備的主要性能指標(biāo)三、頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度的要求決定于所采用的通信制式以及對通信質(zhì)量

4、的要求發(fā)信杌頻率漂移將使解調(diào)過程產(chǎn)生相位誤差，致使有效信號幅度下降，誤碼率增加。四、干擾與噪聲發(fā)信設(shè)備中的噪聲可包括相位噪聲、交調(diào)干擾噪聲； 相位噪聲：產(chǎn)生于本機(jī)振蕩源， 交調(diào)干擾噪聲：產(chǎn)生于本機(jī)振蕩源、上變頻器、末級功率放大器，此外各部件之間的回波反射產(chǎn)生干擾噪聲。五、發(fā)送頻譜框架六、交調(diào)失真 發(fā)信設(shè)備是大信號工作狀態(tài)，處于具有一定非線性的區(qū)域，如功率放大器和上變頻器等。10微波固態(tài)振蕩源 微波固態(tài)源是微波通信設(shè)備關(guān)鍵部件之一，一個(gè)高可靠、低成本、性能優(yōu)良的固態(tài)源是人們一直努力要達(dá)到的目標(biāo)。一、分類1.倍頻鏈?zhǔn)焦虘B(tài)；2.鎖相式固態(tài)源； 取樣鎖相式固態(tài)源， 分頻鎖相式固態(tài)源， 取樣混頻/鎖相式

5、固態(tài)源，3.介質(zhì)穩(wěn)頻振蕩源；二、主要技術(shù)指標(biāo) 頻率穩(wěn)定度， 相位噪聲， 諧波抑制度， 輸出電平11上變頻器上變頻器是把中頻信號上變換到微波發(fā)射頻率的器件。當(dāng)中頻信號與本振信號同時(shí)加于變頻器上時(shí)，由于器件的非線性作用，其輸出端將產(chǎn)生多次諧波分量，用濾波器將其中的和頻或差頻分量取出，就實(shí)現(xiàn)了變頻作用。取出和頻的變頻器是上邊帶上變頻器，取出差頻的變頻器是下邊帶上變頻器。1.上變頻器的非線性器件常用有變?nèi)荻O管、階躍恢復(fù)二極管、肖特基勢壘二極管、微波雙柵場效應(yīng)晶體管。2.主要技術(shù)指標(biāo) 變頻損耗（輸出功率）； 幅頻特性； 本振輸入端、信號輸出駐波比； 本振與中頻信號之間的隔離度；12發(fā)信邊帶濾波器發(fā)信邊

6、帶濾波器的作用：從發(fā)信混頻輸出中選取有用邊帶作為傳輸信號，同時(shí)抑制第二邊帶無用信號，以防上對其它信道信號干擾。帶通濾波器的主要技術(shù)指標(biāo)： 工作頻率范圍； 通帶內(nèi)衰減； 通帶內(nèi)駐波比； 阻帶衰減； 輸入輸出阻抗；13微波功率放大器微波功率放大器的作用：將微波信號的功率放大到發(fā)信機(jī)額定輸出。早期微波功率放大器采用行波管放大，六十年代中期，出現(xiàn)了微波雙極晶體管功率放大器；七十年代中期出現(xiàn)了微波金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MESFET）；后來放大器電路采用結(jié)構(gòu)簡單、體積小、集成化、微帶電路、大功率、線性化發(fā)展。微波功率放大器主要技術(shù)指標(biāo) 工作頻段 輸出功率 增益壓縮 增益 G=P0/Pi P0 輸出功率

7、Pi 輸入功率在電路損耗功率不變的情況下，如果要增加輸入功率Pi ，則必須加大直流供電功率，才能保持增益G不變，即輸出射頻功率才能隨輸入射頻功率的加大而加大，然而，直流供電功率是不能無限加大的，它要受到管子的限制，即在輸入功率加大到一定程度，14微波功率放大器必然出現(xiàn)G減小，功率放大器的這種現(xiàn)象就稱為增益壓縮。 P1dB G1dB當(dāng)輸入功率較小時(shí)，輸出功率與輸入功率的比值是恒定的，是一段直線，若繼續(xù)加大輸入功率，則輸出功率與輸入功率的比值將減小，即功率放大器的增益逐漸低于小信號線性增益，當(dāng)?shù)陀?dB時(shí)，此時(shí)的增益稱為1dB增益壓縮點(diǎn)增益，而對應(yīng)于該點(diǎn)的輸出功率稱為1dB增益壓縮點(diǎn)輸出功率。15

8、微波功率放大器16微波功率放大器 p 功率放大器的功率效率是功率放大器的射頻輸出功率與給晶體管的直流功率之比。 信號失真 1.線性失真；由線性網(wǎng)絡(luò)引起的失真稱為“線性失真” 。功率放大器的線性失真可以用時(shí)延、增益起伏、增益斜率表示。 2.非線性失真；信號通過非線性失真網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生信號失真，引起交調(diào)噪聲和相位噪聲，這種失真稱為非線，用增益壓縮、三階交調(diào)失真和調(diào)幅-調(diào)相轉(zhuǎn)換表示。 交調(diào)失真 三階交調(diào)系數(shù)為保證三階交調(diào)系數(shù)滿足要求，往往要采取較為復(fù)雜的線性化技術(shù)，或?qū)敵龉β手笜?biāo)做一定犧牲。 17微波功率放大器 改善功放非線性的幾種方法； 1.功率倒退法；功率放大器輸入功率減小1dB時(shí)，三階交調(diào)改善2d

9、B，用減小輸出功率的方法改善線性。 2.負(fù)反饋法：；利用放大器輸出的非線性失真信號抵消放大器自身的一部分非線性。 3.負(fù)前饋法；輸入信號同時(shí)輸入到功放PA和非線性發(fā)生器NG，兩路非線性失信號在輸出端恰抵消。難點(diǎn)是要求NG和PA的非線性失真信號在較寬頻帶內(nèi)能互相抵消。 4.預(yù)失真法；非線性發(fā)生器NG產(chǎn)生一個(gè)非線性失真信號，并輸入功放PA，抵消功放產(chǎn)生的非線性失真。18微波功率放大器19微波功率放大器自動電平控制（ALC） 由于溫度變化、器件衰老和功放電路的不穩(wěn)定，功率放大器線性增益會產(chǎn)生較大波動。當(dāng)溫度從40上升到50時(shí)，功率放大器線性增益將下降好幾個(gè)分貝。功率放大器線性增益的波動會使輸出信號有

10、較大起伏。通常，可以采用自動電平控制電路（ALC），使功率放大器的輸出信號保持穩(wěn)定。 ALC電路是由幅度可變電路、定向耦合器、檢波器和直流放大器組成，20環(huán)行器環(huán)行器是一種微波鐵氧體無源器件。三端環(huán)行器各端匹配時(shí)，微波信號在環(huán)行器中呈環(huán)流傳輸。環(huán)行器的用途很多，與微波濾波器適當(dāng)組合可構(gòu)成分并波道的分路系統(tǒng)；將環(huán)行器的任一端終接匹配負(fù)載，可作為單向器使用。主要技術(shù)指標(biāo)： 工作頻率范圍； 正向傳輸衰減； 反向隔離衰減； 承受功率； 阻抗、駐波比；21定向耦合器發(fā)信通道輸出常接有定向耦合器，它的作用是微波發(fā)信功率中耦合出一小部分，經(jīng)檢波作為監(jiān)測、指示、告警等用。定向耦合器是一種帶狀平行耦合結(jié)構(gòu)，由于

11、這種耦合器具有定向輸出的特點(diǎn)，因此稱為定向耦合器。主要技術(shù)指標(biāo)： 頻率； 通帶衰減； 輸入、輸出阻抗、駐波比； 定向耦合度；22微波收信設(shè)備微波收信設(shè)備包括射頻系統(tǒng)、中頻系統(tǒng)和群頻系統(tǒng)（解調(diào)器等）。一、微波收信設(shè)備的組成與性能指標(biāo) 1.收信設(shè)備的組成數(shù)字微波收信設(shè)備都采用外差變頻接收方式，框圖中包括了空間分集接收的組成部件。來自天饋線1的信號經(jīng)帶通濾波器選出需要的工作頻道信號并抑制其它波道的干擾，然后把有用信號送至低噪聲放大器。低噪聲放大器是寬頻帶的，它可以復(fù)蓋整個(gè)通信頻段的全部波道，所以在低噪聲放大器后面要加抑制鏡頻濾波器以消除鏡頻噪聲。23微波收信設(shè)備 抑制鏡頻濾波器可以采用帶通式，也可用

12、帶阻式，只要對鏡頻噪聲抑制1315dB即可，但不得影響信號通道頻率響應(yīng)特性的平坦度。抑制鏡頻濾波器反射回去的鏡頻噪聲，將由低噪聲放大器輸出隔離器吸收。多徑傳播衰落是數(shù)字微波通信中必須解決的重要問題，常采用空間分集和中頻自適應(yīng)均衡等技術(shù)?？驁D中來自兩個(gè)天饋線的直達(dá)信號和多徑干擾信號，經(jīng)兩路相同的濾波、低噪聲放大、混頻、前中放、在相加器中合并。其中第2路的本機(jī)振蕩源用移胡器控制其相位，使前中放的輸出信號具有合適的相位，以獲得最佳的抗多徑衰落效果?？臻g分集相加器之后是中頻自適應(yīng)均衡器。僅靠空間分集往往不能達(dá)到完善的抗衰落，常把空間分集與中頻自適應(yīng)均衡器配合使用，這樣才能最大限度地減低通信中斷時(shí)間。最

13、后，信號經(jīng)中頻濾波器和主中放輸出。主中放提供較大增益和50dB左在的自動增益控制范圍。主中放是寬頻帶的，其幅頻響應(yīng)的主要形狀將由單獨(dú)的中頻濾波器來保證。24微波收信設(shè)備25微波收信設(shè)備一、收信設(shè)備的主要性能指標(biāo) 1.工作頻段； 2.噪聲系數(shù)；噪聲系數(shù)是收信設(shè)備的重要指標(biāo)。由多級微波部件組成的收信系統(tǒng)噪聲系數(shù)主要取決于前面一兩級。 3.本振頻率穩(wěn)定度； 4.通頻帶；為了有效地抑制噪聲干擾，和獲得最佳信號傳輸，應(yīng)該選擇合適的通頻帶和通帶形狀。接收機(jī)的通頻帶特性主要由中頻濾波器決定。 5.選擇性；選擇性是指接收機(jī)在通頻帶以外，對各種干擾的抑制能力，抑制鄰近波道干擾、鏡頻干擾和本機(jī)收發(fā)之間干擾等。根據(jù)

14、總體設(shè)計(jì)時(shí)，干擾防護(hù)要求制定，由微波濾波器、中頻濾波器、抑制鏡頻濾波器來保證。26微波收信設(shè)備 6.最大增益與自動增益控制范圍；接收機(jī)的最大增益取決于輸入端門限電平和解調(diào)器的正常工作電平。自動增益控制電路是收信機(jī)不可缺少的一部分，如果沒有這部分電路，當(dāng)發(fā)生傳輸衰落時(shí)，解調(diào)器就無法工作。以正常傳輸電平為基準(zhǔn)，低于這個(gè)電平的傳輸狀態(tài)稱為下衰落，高于這個(gè)電平的傳輸狀態(tài)稱為上衰落，在數(shù)字微波中繼通信中一般：上衰落6dB、下衰落-44dB，共有50dB的動態(tài)范圍。當(dāng)輸入信在此范圍內(nèi)變化時(shí)，要求自動增益控制電路能任特解調(diào)器的中頻輸入電平在一個(gè)很小范圍內(nèi)變動。27微波收信設(shè)備二、微波晶體管低噪聲放大器低噪聲

15、放大的技術(shù)指標(biāo)； 1.噪聲系數(shù)； 2.放大器功率增益； 3.工作頻帶內(nèi)增益起伏； 4.輸入、輸出駐波比VSWR；三、混頻器混頻器主要技術(shù)指標(biāo)； 1變頻損耗，混頻器輸入微波信號功率與輸出中頻功率之比。 2.噪聲系數(shù)，近年來的微波收信機(jī)都采用低噪聲放大器，混頻器噪聲對整機(jī)的影響大為降低，已不再是主要指標(biāo)。 3.三階交調(diào)， 4.動態(tài)范圍，輸入微波信號過強(qiáng)時(shí)會使輸出中頻功率壓縮，動態(tài)范圍的上限通常指1dB壓縮點(diǎn)的微波輸入信號功率，下限是指信號與噪聲電平相比擬時(shí)的功率28微波收信設(shè)備 5.隔離度，隔離度是混頻器各端口相互影響程度的度量?；祛l器有三個(gè)外端口，（信號口、本振口、中頻口）信號口對本振口隔離度不

16、好時(shí)，將造成有用信號的損失，但由于信號電平總是小于本振電平，所以從避免干擾的要求來看，較多地考慮本振口對中頻口以及本振口對信號口之間的隔離度。隔離度主要微波電橋決定，一般在2025dB左石。 6.鏡頻抑制度，在混頻器前若有低噪聲放大器，則應(yīng)該考慮采取必要措施來增加鏡頻抑制度，這樣可以提高接收機(jī)靈敏度。四、中頻放大器 主中放一般接在中頻濾波器后面，其作用是在不同衰落電平條件下提供合適的增益，使其輸出端的中頻電壓基本上保持在一個(gè)固定電平上。29微波收信設(shè)備 主中放是由多級寬頻帶放大器級聯(lián)組成，其通頻帶要比中頻濾波器的帶寬寬得多。目前采用的中頻放大器電路有分立元件組成的寬頻帶放大器和集成電路寬頻帶放大器。主中放的主要技術(shù)指標(biāo)； 1.信號增益， 2.工作頻帶內(nèi)幅度不均勻度， 3.工作頻帶內(nèi)的相對群時(shí)延， 4.輸入、輸出阻抗匹配性能， 5.線性放大動態(tài)范圍， 6.自動增益控制AGC范圍，中頻放大器自動增益控制系統(tǒng)，包括自動衰耗器（或可變增益放大