什么是射频？射频基本架构？

什么是射频射频系统架构一、认识射频1、射频信号射频Radio Frequency即高频交流变化电磁波的简称可理解为无线电的代名词描绘那些依赖无线技术进行通信的系统特指频率范围在3kHz~300GHz的具有远距离传输能力的高频电磁波。电磁波无处不在根据频率不同划分成不同领域从低频到高频依次有无线电、微波、红外线、可见光、紫外线、x射线、伽马射线等。射频归属于无线电中再高的的频率便是微波但随着无线技术的巨大发展射频和微波的界限已经越来越不清晰。交变电流通过导体形成电磁场产生电磁波而频率低于100hz的电磁波会被地表吸收不能形成有效传输只有频率高于100hz电磁波才能在空气中传播并经大气层外缘的电离层反射形成远距离传输能力。2、射频电路我们通常所认为的射频即上述频段的高频模拟信号但从电路层面来讲射频指处理高频模拟信号发射和接受的相关电路。一般当频率高于30MHz时电路的设计就必须考虑利用射频电路理论。只要涉及到信息传输就要有发射方和接受方的存在而在无线传输中射频电路就是用来负责高频模拟信号发射和接受。数字电路、低频模拟电路、射频电路区别1、用途不同数字电路目的是传输和处理信号的状态就是“0”和“1”代表的低电平状态和高电平状态如单片机点亮LED低频模拟电路为了传输电压、电流和波形如利用单片机进行模拟信号采集的电路射频电路应用于高频电磁波主要目的是传输和处理信号的频率和功率。2、衡量指标不同数字电路的衡量指标是数字波形、重复频率、电平、上升和下降时沿、稳定性等低频模拟电路的衡量指标主要基于电压、电流和波形的测试射频电路衡量指标是功率、频谱宽度、噪声、非线性等。二、射频系统原始的电信号被称为基带信号有线信道可以直接传输基带信号但以自由空间为信道的射频无线传输却无法传输基带信号需将基带信号转变成可以在无线信道中传输的频带信号通过发射端进行信号发射然后在接受端进行反变换这个过程就是射频系统发挥作用。1、收发信机一般情况下一个完整射频系统一定包括“发射”和“接受”两部分这个设备称为收发信机由发射机TX和接收机(RX)构成。发射机负责把信号发射出去通常还需要把信号进行频率和功率上的放大后发射出去接收机则接受其他设备的信号可以理解为发射机的逆过程2、射频系统架构射频系统架构就是射频系统发射和接受电路的结构框架。常见的射频系统架构由两种超外差架构、直接变频架构。目前大多数的无线通信系统都选用了超外差结构比如在2G3G和4G通信系统中我们最常见的就是这种超外差收发机。这种结构相较于其他结构来说有着比较好的性能表现。但在5G上更常用的是结构更简单的零中频结构。超外差架构外差这个词是Reginald Aubrey Fessenden加拿大发明家雷金纳德·费森登在1901年提出来的他将混频产生新的信号的想法称为”外差“并且给出了具有一次混频结构的接收机架构称为外差接收机它需要一个混频器将调制的射频信号带入调制的中频信号该信号应用于 I/Q 解调器将调制的低中频带入零中频的基带。超外差就是具有两次和两次以上混频结构的接收机。在超外差接收机中需要两个混频器将调制的射频信号变成调制的中频信号。直接变频架构射频科学家在1980年左右开始使用直接变频的无线电收发机直接变频意味着射频信号直接变换到高频信号中间不产生中频信号因此也叫做零中频接收机下面介绍典型射频系统架构2.1 基带电路基带频带是指没有调制的原始信号也就是频率范围在零频附近的这段带宽。基带电路首先会对需要发送的信号如音频信源信号、视频信号等进行编码编码有信源编码、信道编码。信源编码说白了就是把声音、画面信号变成0或1的信息信道编码是通过增加冗余信息对抗信道中的干扰和衰减改善链路性能。接下来为了让“波”更好的表示“0”或“1”就是对信号进行调制将基地信号加载到载波信号通过改变载波的某些特性来代表基带信息。调制可分为传统的模拟信号调制和数字调制传统模拟信号调制有调频FM、调幅AM、调相PM在上述基础上研制初多种调制对应数字调制有幅移键控ASK、频移键控FSK、相移键控PSK除此之外还有正交幅度调制QAM。另外越高级的调制方式所携带的信息就越多最终通信速率也就越高。2.2 收发信机电路经过基带电路的编码和调制后基带传来的信号仍是低频信号发射机要做的是继续对信号进行调制通过上变频器将基带信号从低频调到指定的高频频段。变频器有上变频和下变频所谓变频就是进行频率上的加减法对于发射机就是加法也就是把基带信号加上一个由本地振荡器产生的本振频率下变频器则是做减法。之后射频信号通过增益可调的放大器进行初步放大再送到功率放大器。因为经过高频调制后产生射频信号的功率太小还需要放大功率以保证发射出去的功率满足传输要求。功率放大器就是把弱信号进行放大原理是把直流供电的功率转换为交流射频信号的功率。经过变频、增益、功率放大后射频信号就可以很好的发送出去了经过射频开关或双工器后发送到天线通过天线把射频信号转换成电磁波辐射到空中。天线主要负责射频信号和电磁信号之间的相互转换不同无线系统都需要设计专门的天线。射频开关用于判断发射机和接收机什么时候接通天线或者选择不同的无线系统或频段何时接通。双工器是对发射和接受进行隔离的器件其原理相当于两个带通滤波器。接收机可以理解为发射机的逆过程。接受机的低噪声放大器的作用和发射机的功率放大器相对应。对于接收机从天线上接受的信号非常弱必须对信号进行放大这个关键任务就由低噪声放大器实现。低噪声放大器是指噪声系数很低的放大器在放大微弱信号的地方放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重因此希望减小这种噪声以提高输出的信噪比。天线接收到电磁波后把电磁波转换成射频信号经过天线开关或双工器后送到低噪声放大器经过放大后的信号送到变频器进行下变频下变频就是对信号进行频率上的减法经过下变频后射频信号变成频率很低的信号再经过低通滤波与放大然后经过解调器解调解调后的信号送到编解码器进行解码经常还会有音频放大器进行放大解码后的音频信号送给扬声器。