RF基礎(chǔ)知識(shí)演示文稿

RF基礎(chǔ)知識(shí)演示文稿當(dāng)前1頁，總共55頁。RF基礎(chǔ)知識(shí)當(dāng)前2頁，總共55頁。課程目標(biāo)1.熟悉射頻基本概念.2.熟悉射頻基本器件和架構(gòu).3.熟悉一般射頻測試項(xiàng).當(dāng)前3頁，總共55頁。課程內(nèi)容第一章射頻基本概念第二章射頻基本器件和架構(gòu)第三章一般射頻測試項(xiàng)當(dāng)前4頁，總共55頁。第一章無線通信系統(tǒng)無線通信使用的頻率和波段射頻常用單位射頻常用概念當(dāng)前5頁，總共55頁。通信系統(tǒng)組成6當(dāng)前6頁，總共55頁。無線通信使用的頻率和波段無線電波波段劃分頻段名稱頻率范圍波長范圍傳播特性ELF(極低頻)

30~300Hz10,000~1000km傳播損耗小，通信距離遠(yuǎn)，信號(hào)穩(wěn)定可靠，滲入地層、海水能力強(qiáng)VF(音頻)300~3000Hz

1000~100kmVLF(甚低頻)

3~30kHz

100~10kmLF(低頻)

30~300kHz

10~1km用于導(dǎo)航、長距離通信MF(中頻)300~3000kHz

1~0.1km廣播、船舶通信、飛行通信HF(高頻)

3~30MHz

100~10m廣播、中遠(yuǎn)距離通信VHF(甚高頻)

30~300MHz

10~1m移動(dòng)通信、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航UHF(超高頻)300~3000MHz

100~10cm與VHF類同，還用于散射通信、衛(wèi)星通信等SHF(特高頻)

3~30GHz

10~1cmEHF(極高頻)

30~300GHz

1~0.1cmDecimillimeter

至高頻300~3000GHz

1~0.1mm當(dāng)前7頁，總共55頁。在一些歐、美、日等西方國家常常把部分微波波段分為L、S、C、X、Ku、K、Ka等波段（或稱子波段），當(dāng)前8頁，總共55頁。功率單位簡介絕對功率的dB表示

射頻信號(hào)的絕對功率常用dBm、dBW表示，它與mW、W的換算關(guān)系如下：例如信號(hào)功率為xW，利用dBm表示時(shí)其大小為：例如：1W等于30dBm，等于0dBW。當(dāng)前9頁，總共55頁。功率單位簡介相對功率用dB表示

射頻信號(hào)的相對功率常用dB和dBc兩種形式表示，其區(qū)別在于：dB是任意兩個(gè)功率的比值的對數(shù)表示形式，而dBc是某一頻點(diǎn)輸出功率和載頻輸出功率的比值的對數(shù)表示形式。當(dāng)前10頁，總共55頁。天線傳播相關(guān)單位簡介天線和天線增益 天線增益一般由dBi或dBd表示。dBi是指天線相對于無方向天線的功率能量密度之比，dBd是指相對于半波振子Dipole的功率能量密度之比，半波振子的增益為2.15dBi，因此0dBd=2.15dBi。當(dāng)前11頁，總共55頁。噪聲相關(guān)概念噪聲定義 噪聲是指在信號(hào)處理過程中遇到的無法確切預(yù)測的干擾信號(hào)（各類點(diǎn)頻干擾不是算噪聲）。常見的噪聲有來自外部的天電噪聲，汽車的點(diǎn)火噪聲，來自系統(tǒng)內(nèi)部的熱噪聲，晶體管等在工作時(shí)產(chǎn)生的散粒噪聲，信號(hào)與噪聲的互調(diào)產(chǎn)物。當(dāng)前12頁，總共55頁。相位噪聲

相位噪聲是用來衡量本振等單音信號(hào)頻譜純度的一個(gè)指標(biāo)，在時(shí)域表現(xiàn)為信號(hào)過零點(diǎn)的抖動(dòng)。理想的單音信號(hào)，在頻域應(yīng)為一脈沖，而實(shí)際的單音總有一定的頻譜寬度，如下面所示。一般的本振信號(hào)可以認(rèn)為是隨機(jī)過程對單音調(diào)相的過程，因此信號(hào)所具有的邊帶信號(hào)被稱為相位噪聲。相位噪聲在頻域的可以這樣定量描述：偏離中心頻率多少Hz處，單位帶寬內(nèi)的功率與總信號(hào)功率相比。當(dāng)前13頁，總共55頁。噪聲相關(guān)概念例如晶體的相位噪聲可以這樣描述：當(dāng)前14頁，總共55頁。噪聲系數(shù)

噪聲系數(shù)是用來衡量射頻部件對小信號(hào)的處理能力，通常這樣定義：單元輸入信噪比除輸出信噪比，如下圖：對于線性單元，不會(huì)產(chǎn)生信號(hào)與噪聲的互調(diào)產(chǎn)物 及信號(hào)的失真，這時(shí)噪聲系數(shù)可以用下式表示：Pno表示輸出噪聲功率，Pni表示輸入噪聲功率，G為單元增益。當(dāng)前15頁，總共55頁。級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)公式當(dāng)前16頁，總共55頁。線性相關(guān)信號(hào)在通過射頻通道（這里所謂的射頻通道是指射頻收發(fā)信機(jī)通道，不包括空間段衰落信道）時(shí)會(huì)有一定程度的失真，失真可以分為線性失真和非線性失真。產(chǎn)生線性失真的主要有一些濾波器等無源器件，產(chǎn)生非線性失真的主要有一些放大器、混頻器等有源器件。另外射頻通道還會(huì)有一些加性噪聲和乘性噪聲的引入。當(dāng)前17頁，總共55頁。非線性幅度失真 非線性幅度失真常用1dB壓縮點(diǎn)、三階交調(diào)、三階截止點(diǎn)等指標(biāo)衡量，下面分別討論這三個(gè)指標(biāo)。1dB壓縮點(diǎn) 例如一個(gè)射頻放大器，當(dāng)輸入信號(hào)較小時(shí)，其輸出與輸入可以保證線關(guān)系，輸入電平增加1dB，輸出相應(yīng)增加1dB，增益保持不變，隨著輸入信號(hào)電平的增加，輸入電平增加1dB，輸出將增加不到1dB，增益開始?jí)嚎s，增益壓縮1dB時(shí)的輸入信號(hào)電平稱為輸入1dB壓縮點(diǎn)，這時(shí)輸出信號(hào)電平稱為輸出1dB壓縮點(diǎn)。如下圖：當(dāng)前18頁，總共55頁。1dB壓縮點(diǎn)當(dāng)前19頁，總共55頁。三階交調(diào) 三階交調(diào)（雙音三階交調(diào)）是用來衡量非線性的一個(gè)重要指標(biāo)，在這里仍以放大器為例來說明三階交調(diào)指標(biāo)。用兩個(gè)相隔⊿f，且電平相等的單音信號(hào)同時(shí)輸入一個(gè)射頻放大器，則放大器的輸出頻譜大致如下：三階交調(diào)常用dBc表示，即交調(diào)產(chǎn)物與主輸出信號(hào)的比。當(dāng)前20頁，總共55頁。三階截止點(diǎn) 任一微波單元電路，輸入雙音信號(hào)同時(shí)增加1dB，輸出三階交調(diào)產(chǎn)物將增加3dB，而主輸出信號(hào)僅增加1dB（不考慮壓縮），這樣輸入信號(hào)電平增加到一定值時(shí)，輸出三階交調(diào)產(chǎn)物與主輸出信號(hào)相等，這一點(diǎn)稱為三階截止點(diǎn)，對應(yīng)的輸入信號(hào)電平稱為輸入三階截止點(diǎn)，對應(yīng)的輸出信號(hào)電平稱為輸出三階截止點(diǎn)。注意：三階截止點(diǎn)信號(hào)電平是不可能達(dá)到的，因?yàn)樵谶@時(shí)早已超過微波單元電路的承受能力。當(dāng)前21頁，總共55頁。三階截止點(diǎn)當(dāng)前22頁，總共55頁。傳輸線相關(guān)概念特征阻抗 解釋：特征阻抗是微波傳輸線的固有特性，它等于模式電壓與模式電流之比。無耗傳輸線的特征阻抗為實(shí)數(shù)，有耗傳輸線的特征阻抗為復(fù)數(shù)。在做射頻PCB板設(shè)計(jì)時(shí)，一定要考慮匹配問題，考慮信號(hào)線的特征阻抗是否等于所連接前后級(jí)部件的阻抗。當(dāng)不相等時(shí)則會(huì)產(chǎn)生反射，造成失真和功率損失。反射系數(shù)(此處指電壓反射系數(shù))可以由下式計(jì)算得出：當(dāng)前23頁，總共55頁。傳輸線相關(guān)概念 在目前世界上的微波通訊系統(tǒng)一般分為兩種特性阻抗，一種是50歐姆系統(tǒng)，如軍用的微波、毫米波通訊系統(tǒng)，雷達(dá)，我們目前開發(fā)的蜂窩通訊系統(tǒng)GSM、WCDMA等； 另一種是75歐姆系統(tǒng)，這種系統(tǒng)相對比較少，如我們目前使用的有線電視系統(tǒng)。當(dāng)前24頁，總共55頁。傳輸線相關(guān)概念駐波比 解釋：駐波系數(shù)式衡量負(fù)載匹配程度的一個(gè)指標(biāo)，它在數(shù)值上等于：由反射系數(shù)的定義我們知道，反射系數(shù)的取值范圍是0~1，而駐波系數(shù)的取值范圍是1~正無窮大。射頻很多接口的駐波系數(shù)指標(biāo)規(guī)定小于2.0。駐波比惡化意味著信號(hào)反射比較厲害，也就是說負(fù)載和傳輸線的匹配效果比較差。所以在一個(gè)系統(tǒng)中，如果駐波比很差，可能會(huì)使信號(hào)傳輸效果變差，通道增益下降。一個(gè)比較典型的例子就是靈敏度問題。當(dāng)前25頁，總共55頁。駐波比反映了天饋系統(tǒng)的匹配情況，以天線作為發(fā)射天線時(shí)發(fā)射出去和反射回來的能量的比來衡量天線性能。駐波比是由天饋系統(tǒng)的阻抗決定。天線的阻抗與饋線的阻抗、接收機(jī)的阻抗一致，駐波比就小。駐波比高的天饋系統(tǒng)，信號(hào)在饋線中的損失很大。它與反射損耗可以通過一個(gè)公式轉(zhuǎn)換。當(dāng)前26頁，總共55頁。傳輸線相關(guān)概念回波損耗 回波損耗也是射頻上用得比較多得一個(gè)名詞，它和前面得反射系數(shù)、駐波比都是用來反映端口得匹配狀況的?；夭〒p耗表示端口的反射波的功率與入射波功率之比?；夭〒p耗與反射系數(shù)的關(guān)系為：回波損耗＝20log（） 由公式可以計(jì)算：回波損耗為26dB時(shí)，對應(yīng)的反射系數(shù)為0.05，駐波比為1.1。由此也可以估計(jì)一下，駐波為2時(shí)的回波損耗是多少（9.5dB），也就可以理解對于功放后級(jí)的駐波要求為何嚴(yán)格。當(dāng)前27頁，總共55頁。第二章射頻系統(tǒng)組成和常用射頻器件一般射頻系統(tǒng)組成常用射頻器件當(dāng)前28頁，總共55頁。射頻系統(tǒng)組成29射頻工程師需要做的事情當(dāng)前29頁，總共55頁。常用射頻器件發(fā)射機(jī)和接收機(jī)低噪聲放大器混頻器鎖相與頻率合成技術(shù)高頻功率放大器當(dāng)前30頁，總共55頁。發(fā)射機(jī)和接收機(jī)調(diào)制器上變頻帶通高頻

功率放大振蕩器基帶信號(hào)本振信號(hào)帶通低噪聲

放大器天饋基帶信號(hào)發(fā)射機(jī)射頻部分：完成基帶信號(hào)對載波的調(diào)制，并搬移到適當(dāng)?shù)念l段上以一定功率發(fā)射。接收機(jī)射頻部分：選出有用信號(hào)，經(jīng)放大后由解調(diào)器解調(diào)，把頻帶信號(hào)變?yōu)榛鶐盘?hào)。當(dāng)前31頁，總共55頁。發(fā)射機(jī)與接收機(jī)射頻部分設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題合適的調(diào)制、解調(diào)方法接收機(jī)需要能夠選出有用信號(hào)，并抑制干擾接收機(jī)的靈敏度線性動(dòng)態(tài)范圍高效率的不失真的功率放大器發(fā)射信號(hào)對相鄰信道干擾要盡可能小天線轉(zhuǎn)換器的損耗要小，隔離度要高當(dāng)前32頁，總共55頁。接收機(jī)方案超外差式接收機(jī)直接下變頻方案數(shù)字中頻方案當(dāng)前33頁，總共55頁。超外差式接收機(jī)超外差式接收機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖小信號(hào)

放大器BPF2中頻

放大BPF1BPF2解調(diào)下變頻器：混頻，得到中頻信號(hào)為什么使用超外差接收機(jī)中頻段更容易選擇信道中頻段更容易實(shí)現(xiàn)高增益放大器中頻段的解調(diào)及A/D變換更容易當(dāng)前34頁，總共55頁。超外差式接收機(jī)缺點(diǎn)：組合干擾頻率點(diǎn)多,存在寄生通道干擾原因：變頻器不是理想乘法器措施：用變頻器前端的濾波器BPF1濾除干擾頻率信號(hào)當(dāng)前35頁，總共55頁。超外差式接收機(jī)中頻選擇靈敏度：中頻高，鏡像頻率遠(yuǎn)離有用信號(hào)，利于抑制鏡像頻率干擾。選擇性：等Q值時(shí)，中頻低則帶寬窄，選擇性好二次變頻方案——用于解決靈敏度和選擇性的矛盾信道選擇

濾波器頻帶選擇

濾波器鏡像抑制濾波器信道選擇

濾波器當(dāng)前36頁，總共55頁。直接下變頻方案直接下變頻（零中頻方案）取中頻為零，即本振頻率等于載頻。這樣就不會(huì)存在鏡像頻率，也不存在鏡像頻率干擾的問題。數(shù)字通信的直接下變頻方案原理框圖本振90o低通濾波器低通濾波器射頻輸入IQ當(dāng)前37頁，總共55頁。直接下變頻方案零中頻方案的優(yōu)點(diǎn)：無鏡頻干擾射頻部分電路模塊少，易滿足線性動(dòng)態(tài)范圍要求。不需要中頻濾波器零中頻方案的缺點(diǎn)：本振泄漏低噪聲放大器偶次諧波失真干擾直流偏差噪聲當(dāng)前38頁，總共55頁。直接下變頻方案直流偏差示意圖當(dāng)前39頁，總共55頁。數(shù)字中頻方案第一次混頻后的信號(hào)經(jīng)放大直接進(jìn)行A/D變換，然后采用兩個(gè)正交的數(shù)字正弦信號(hào)作本振，采用數(shù)字相乘和濾波后得到基帶信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)：處理靈活缺點(diǎn)：對A/D要求高：速度、分辨率(量化噪聲)、動(dòng)態(tài)范圍、線性度當(dāng)前40頁，總共55頁。低噪聲放大器(LowNoiseAmplifier)的特點(diǎn)位于接收機(jī)前端：

噪聲要??；要有一定的增益屬于小信號(hào)放大器：

要有足夠好的線性范圍，增益應(yīng)該可以調(diào)節(jié)與天線或天線濾波器相連接：

要有良好的匹配特性具有一定的選頻功能：

有效抑制帶外干擾和鏡像頻率干擾當(dāng)前41頁，總共55頁。混頻器混頻：在本振信號(hào)參與下，將輸入信號(hào)的頻率或已調(diào)信號(hào)的載頻變換為某一個(gè)固定的新頻率，而保持調(diào)制類型和調(diào)制參數(shù)都不變，這樣的頻率變換過程稱為混頻。當(dāng)前42頁，總共55頁。混頻器的性能指標(biāo)(1)增益：輸出中頻信號(hào)大小與輸入射頻信號(hào)大小之比

電壓增益AV=VIF/VIN.AV越大，接收機(jī)靈敏度越高。功率增益GP=PIF/PIN由于端口特性阻抗不同，其dB值會(huì)與電壓增義值不同。(2)噪聲

混頻器處于整個(gè)接收機(jī)的前端，它的噪聲系數(shù)對整個(gè)接收機(jī)來講是相當(dāng)重要的。

(3)線性范圍

混頻器對輸入小信號(hào)而言，是線性網(wǎng)絡(luò)，隨著信號(hào)的增加會(huì)出現(xiàn)非線性失真。

指標(biāo):1dB壓縮點(diǎn)·三階互調(diào)截點(diǎn)·線性動(dòng)態(tài)范圍當(dāng)前43頁，總共55頁。混頻器的性能指標(biāo)(4)失真由各種組合頻率所形成的干擾，最強(qiáng)的互調(diào)通道為三階互調(diào)：當(dāng)前44頁，總共55頁。混頻器的性能指標(biāo)(5)口間隔離

本振向射頻泄漏：影響LNA工作，甚至通過天線輻射;

射頻向本振泄漏：強(qiáng)干擾信號(hào)影響本振，出現(xiàn)頻率牽引;

本振向中頻泄漏：使中頻放大器過載;(4)阻抗

a.阻抗匹配 射頻口與其濾波器相匹配，特性阻抗一般為50W;

中頻口與中頻濾波器相匹配，特性阻抗一般大于50W; (聲表面波200W

陶瓷濾波器330W

晶體濾波器1kW b.每個(gè)口對其他兩個(gè)口的信號(hào)力求短路，以減少口間干擾。當(dāng)前45頁，總共55頁。鎖相環(huán)當(dāng)前46頁，總共55頁。頻率合成當(dāng)前47頁，總共55頁。PA的主要技術(shù)指標(biāo)當(dāng)前48頁，總共55頁。PA的主要技術(shù)指標(biāo)當(dāng)前49頁，總共55頁。第三章射頻測試指標(biāo)當(dāng)前50頁，總共55頁。無線發(fā)射接收機(jī)的性能指標(biāo)GSM系統(tǒng)的基本參數(shù):1)頻段：

935-960MHz(基站發(fā)，下行) 890-915MHz(移動(dòng)臺(tái)發(fā)，上行)DCS1800:1805-1815(BS→MS) 1710-1720(MS→BS)DCS系統(tǒng)以GSM為工作平臺(tái)，僅改變了無線工作頻率，故稱為GSM900/1800系統(tǒng)。2)頻帶寬度：25MHz3)載波間隔：200KHz4)信道總速率：270.83Kbit/s5)調(diào)制方式：GMSK(高斯最小頻移鍵控)6)數(shù)據(jù)速率：2.4,4.8,9.6Kbps當(dāng)前51頁，總共55頁。無線發(fā)射接收機(jī)的性能指標(biāo)7)通信方式：

TDMA/FDMA/FDD25MHz頻段分為125個(gè)頻道(FDMA：FrequencyDivisionMultipleAccess—頻分多址)；每個(gè)載波含8個(gè)時(shí)隙(TDMA：TimeDivisionMultipleAccess—時(shí)分多址)；一對雙工載波各用一個(gè)時(shí)隙構(gòu)成一個(gè)雙向信道(FDD：FrequencyDivisionDu