射頻培訓(xùn)2資料

1、射頻知識(shí)講義（1）硬件部 鄢華浩2006年 10月 23日1 開(kāi)場(chǎng)白簡(jiǎn)單介紹一些RF的基本特點(diǎn)和概念無(wú)線通信系統(tǒng)中的RF部分具體手機(jī)上的一些例子問(wèn)道有先后，術(shù)業(yè)有專攻 2 信號(hào)的時(shí)域和頻域分析信號(hào)時(shí)域上常用的工具 分析信號(hào)頻域上常用的工具 聯(lián)系“橋梁” 傅立葉變換拉普拉斯變換3射頻的概念射頻起源 1901年英國(guó)科學(xué)家馬可尼成功地實(shí)現(xiàn)了無(wú)線電信號(hào)橫越大西洋，可以認(rèn)為從那時(shí)起射頻電子（RADIO）技術(shù)正式誕生。近30年來(lái)無(wú)線移動(dòng)通信發(fā)展迅速，其中射頻技術(shù)和微電子技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展是十分關(guān)鍵的因數(shù)。頻段劃分頻譜資源的有限4 頻段劃分及主要用途 5 主要無(wú)線通信業(yè)務(wù)使用頻率表6從能量的觀點(diǎn)看待射頻系統(tǒng)

2、信號(hào)在射頻頻段時(shí)有以下幾個(gè)特征：射頻信號(hào)的波長(zhǎng)較短和元器件尺寸相差不多分布參數(shù)的影響不可忽略集膚效應(yīng)（Skin effect ） 集膚效應(yīng)指在高頻信號(hào)環(huán)境下導(dǎo)線的電流分布將會(huì)呈現(xiàn)密集於金屬表面的情形 所以在射頻信號(hào)一般不單獨(dú)考慮它的電壓或電流而是從功率或能量方面來(lái)研究它。這樣在射頻系統(tǒng)中能量的無(wú)損耗最高效率地從一部分傳輸?shù)搅硪徊糠志褪巧漕l的重點(diǎn)。(反射、匹配 、信噪比E/N)瞬時(shí)功率時(shí)段總能量平均功率連續(xù)信號(hào)能量7GSM 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的具體頻段和信道bandchannelfrequency(TX)frequency(RX)GSM850128-251824.2-848.8869.2-893.8EGS

3、M975-1023,0-124880.2-889.8,890-914.8925.2-959.8DCS512-8851710.2-1784.81805.2-1879.8PCS512-8101850.2-1909.81930.2-1989.88 RF基本概念 dB & dBm & dBcdB是一個(gè)相對(duì)值，它是針對(duì)一定參考而言的，它通常用于表示衰減或增益的量。 對(duì)電壓比: 對(duì)功率比:dBm是一個(gè)絕對(duì)功率值，它是一定功率與一毫瓦的相對(duì)值:dBc是一個(gè)差值，它表示兩個(gè)功率值的差P1（載波功率）P2一般來(lái)說(shuō)，dBc是相對(duì)于載波功率而言的，在許多情況下用來(lái)度量與載波功率的相對(duì)值，如度量干擾（同頻干擾、互調(diào)干

4、擾、交調(diào)干擾和帶外干擾）、耦合、雜散等相對(duì)量值，在采用dBc的地方，原則上可以使用dB替代。9Gain &Insert Loss & Return Loss增益主要用來(lái)衡量一個(gè)有源系統(tǒng)，定義為輸出功率比上輸入功率 Gain = Po/PiInsertion Loss =Transmitted/IncidentReturn Loss =Reflected/Incident10通信系統(tǒng) 通常我們把信息從發(fā)送者傳送到接收者的過(guò)程稱為通信，而實(shí)現(xiàn)信息傳輸過(guò)程的系統(tǒng)稱為通信系統(tǒng)。下面的框圖表示了一個(gè)基本的通信系統(tǒng)。信息源編碼調(diào)制發(fā)射機(jī)信道接收機(jī)解調(diào)解碼收信者噪聲和干擾該信號(hào)一般是低頻的，而且包括零頻附近

5、的分量。通常被叫做基帶信號(hào)（BaseBand）,它可以是模擬信號(hào)，也可以是數(shù)字信號(hào)此處就是我們所謂的高頻信號(hào)11采用射頻技術(shù)的二個(gè)主要原因?yàn)榱擞行У匕研盘?hào)用電磁波輻射出去 為了有效的將信號(hào)的能量輻射到空間，必須要求天線的長(zhǎng)度和信號(hào)的波長(zhǎng)可比擬（例如至少十分之一）而基帶信號(hào)一般是頻率比較低的信號(hào)，如常見(jiàn)的語(yǔ)音信號(hào)的頻率可以認(rèn)為在300Hz 3400Hz的范圍內(nèi)，這樣的話就要求發(fā)射天線長(zhǎng)度達(dá)300Km以上，這是不可能也不現(xiàn)實(shí)的。因此為了有效的發(fā)射，發(fā)射信號(hào)的頻率必須是高頻。 C=F* =C/F為了有效的利用頻譜資源 一般要傳送的基帶信號(hào)的頻率范圍都差不多，比如廣播電臺(tái)廣播的音樂(lè)節(jié)目的頻率范圍大約集

6、中在100Hz 10KHz, 如果每個(gè)電臺(tái)都直接發(fā)射這些信號(hào)，就會(huì)相互干擾，令接收機(jī)無(wú)法區(qū)分。只有將不同電臺(tái)的節(jié)目調(diào)制到改電臺(tái)對(duì)應(yīng)的不同頻率的載波上，變成中心頻率不同的頻帶信號(hào)，接收機(jī)才能任意選擇所需要的電臺(tái)而抑制其余不需要的電臺(tái)和干擾。12 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 如果按照電路結(jié)構(gòu)來(lái)劃分，一個(gè)無(wú)線移動(dòng)通信機(jī)又可以分為下圖所示的射頻級(jí)和基帶級(jí)兩大部分：基帶級(jí)處理基帶信號(hào)，射頻級(jí)處理射頻信號(hào)。射頻級(jí)基帶級(jí)下面就簡(jiǎn)單地介紹一下射頻部分的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和一些關(guān)鍵元器件13 發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)發(fā)射機(jī)射頻部分的任務(wù)是完成基帶信號(hào)對(duì)載波的調(diào)制，將其變?yōu)橥◣盘?hào)并搬移到所需的頻段上且有足夠的功率發(fā)射，其基本結(jié)構(gòu)如下：調(diào)制器上變頻高頻功

7、率放大器帶通基帶信號(hào)本振信號(hào)發(fā)射機(jī)主要性能指標(biāo)平均載波功率、包絡(luò)發(fā)射機(jī)輸出頻譜雜散輻射相位誤差頻率精度f(wàn)基帶信號(hào)射頻信號(hào)14 常見(jiàn)的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)發(fā)射機(jī)大致可以分為二種：一是將調(diào)制和上變頻合二為一，在一個(gè)電路里完成，稱為直接變換法.二是將調(diào)制和上變頻分開(kāi)，先在較低的中頻上進(jìn)行調(diào)制，然后將已調(diào)信號(hào)上變頻搬移到發(fā)射的載頻上，稱為二步法.15直接變換法雖然簡(jiǎn)單，但它有明顯的缺點(diǎn)：由于發(fā)射信號(hào)是以本振頻率為中心的通帶信號(hào)，經(jīng)過(guò)功率放大或發(fā)射后的強(qiáng)信號(hào)會(huì)泄漏或反射回來(lái)影響本振，牽引本振頻率，特別在PA周期性的開(kāi)關(guān)情況下更為嚴(yán)重。改進(jìn)的方法可以讓本振頻率和調(diào)制的載頻不同。二次變換法明顯地可以減弱直接變換法的缺

8、點(diǎn)，而且由于調(diào)制是在較低的中頻上進(jìn)行，正交的二支路容易一致?；鶐基帶ISin(2pfc t)Cos(2pfc t)PA直接變換正交調(diào)制發(fā)射機(jī)基帶Q基帶ISin(2pf1 t)Cos(2pf1 t)帶通PA帶通Cos(2pf2 t)二步變換正交調(diào)制發(fā)射機(jī)16 手機(jī)中的具體實(shí)現(xiàn)MT6139MT612917 接收機(jī)結(jié)構(gòu) 接收機(jī)的射頻部分與發(fā)射機(jī)相反，見(jiàn)下面的框圖。它要從眾多的電波中選出有用信號(hào)，并放大到解調(diào)器所要求的電平值后再由解調(diào)器解調(diào)，將頻帶信號(hào)變?yōu)榛鶐盘?hào)。接收機(jī)的主要性能指標(biāo)：靈敏度阻塞和雜散響應(yīng)抑制互調(diào)響應(yīng)抑制鄰道干擾抑制帶通低噪聲放大器下變頻解調(diào)器基帶處理18 常見(jiàn)的接收機(jī)結(jié)構(gòu)超外差式

9、接收機(jī)（Heterodyne Receivers）BPF1LNABPF2中頻放大BPF2LO頻率和接收的RF信號(hào)頻率相差為中頻頻率中心頻率高，帶寬較大，用來(lái)選擇頻帶直接下變頻（零中頻Zero-IF）接收機(jī)中心頻率低，用來(lái)選擇信道BPF1LNALPFLO頻率和接收的RF信號(hào)頻率相同，即中頻為019優(yōu)點(diǎn)性能較好而且穩(wěn)定，相應(yīng)的技術(shù)比較成熟缺點(diǎn)組合干擾頻率多（變頻器的非理想性）存在“鏡像干擾”問(wèn)題元器件較多不利于集成和降低成本 超外差式接收機(jī)（Heterodyne Receivers）20由于超外差式的接收機(jī)存在系統(tǒng)復(fù)雜、級(jí)數(shù)較多，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸很少使用了，而且由于鏡像干擾的問(wèn)題，所以出現(xiàn)了直接變頻的

10、架構(gòu)，讓本振頻率等于載頻，即取中頻為0。 直接下變頻（零中頻Zero-IF）接收機(jī)21 直接下變頻（零中頻Zero-IF）接收機(jī)優(yōu)點(diǎn)：除了沒(méi)有鏡像頻率干擾外，還有以下的優(yōu)點(diǎn)：容易滿足線性動(dòng)態(tài)范圍的要求，不需要抑制鏡像濾波器，不需要專用的中頻濾波器來(lái)選擇信道，而只須用低通濾波器來(lái)選擇信道，并用基帶放大器即可，而這些電路都是很容易集成的。缺點(diǎn)：本振泄露LNA偶次諧波失真干擾 兩個(gè)頻率相近的干擾信號(hào)進(jìn)入LNA，由于LNA的非線性的偶次項(xiàng)引起的差頻，會(huì)因?yàn)榛祛l器的不理想而直通進(jìn)入基帶造成干擾。DC-OffSet，使信噪比變差，飽和各級(jí)的放大器，引起B(yǎng)ER升高。1/F噪聲 有源器件內(nèi)存在的1/f噪聲所著

11、頻率的降低而增加，都集中在低頻段，它對(duì)混頻后的信號(hào)產(chǎn)生干擾，降低信噪比。 Near Zero-IF的出現(xiàn) Si420522 手機(jī)上的例子MT6129MT613923 關(guān)鍵的射頻器件Transceiver(LNA/鎖相環(huán)電路/混頻器）TCXO/crystalPA（功率放大器AGC控制器）FEM（ASM+SAW filter）24 FEM （射頻開(kāi)關(guān)）Frequency Range (MHz)Insertion Loss (dB)Attenuation(dB)V.S.W.R. Isolation (dB)Harmonics 2xfo, 3xfo (dBc)25 聲表面濾波器（SAW） 在手機(jī)中，接

12、收信號(hào)從天線開(kāi)關(guān)到接收處理電路之間采用聲表面濾波器（SAW）聲表面濾波器（SAW）可以提供較寬的通頻帶、較低的損耗，此外有的SAW器件還集成有將非平衡信號(hào)轉(zhuǎn)換為平衡信號(hào)的功能。26 功率放大器 PAPinPAVcPACPower detector50 ohmCouplerTo AntSWVsFrom Codec有閉環(huán)和開(kāi)環(huán)二種工作模式隨著工藝和 技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在都已集成在一個(gè)IC中PA Module27手機(jī)PA的用處是將低功率射頻信號(hào)線性無(wú)失真的放大到一定功率值。 它的主要參數(shù)有：工作頻率、帶寬最大線性輸出功率（壓縮點(diǎn)）線性放大對(duì)輸入功率要求輸入、輸出需要的匹配阻抗工作電源及電壓、電流的要求控制信號(hào)的形式及要求噪聲特性等等？GSM手機(jī)中常用的是哪類PA? 28 Transceiver 收發(fā)器隨者科技和微電子的進(jìn)步，RF部分的發(fā)射和接收部分逐漸地整合到一個(gè)芯片中，通常叫 Transceiver 收發(fā)器目前的Transce