1.1 射频定义
射频(RF)是Radio Frequency的缩写,表示可以辐射到空间的电磁频率,频率范围从300KHz-300GHz之间。射频就是射频电流,简称RF,它是一种高频交流变化电磁波的简称。每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流,大于10000次的称为高频电流。射频就是这样一种高频电流。把具有远距离传输能力的高频电磁波称为射频。
1.2 射频电路的应用领域
RF(Radio Frequency)技术被广泛应用于多种领域,如:电视、广播、移动电话、雷达、自动识别系统等。专用词RFID(射频识别)即指应用射频识别信号对目标物进行识别。RFID的应用包括:
①ETC(电子收费)
②铁路机车车辆识别与跟踪
③集装箱识别
④贵重物品的识别、认证及跟踪
⑤商业零售、医疗保健、后勤服务等的目标物管理
⑥出入门禁管理
⑦动物识别、跟踪
⑧车辆自动锁死(防盗)
⑨...
1.3 射频术语知识
功率/电平(dBm):放大器的输出能力,一般单位为w、mw、dBm
增益:即放大倍数,单位可表示为分贝(dB)。
插损:当某一器件或部件接入传输电路后所增加的衰减,单位用dB表示。
选择性:衡量工作频带内的增益及带外辐射的抑制能力,-3dB带宽即增益下降3dB时的带宽
驻波比(回波损耗):行驻波状态时,波腹电压与波节电压之比(VSWR)
噪声系数:一般定义为输入信噪比与输出信噪比的比值,实际使用中以分贝来计算,单位dB。
耦合度:耦合端口与输入端口的功率比,单位用dB。
隔离度:本振或信号泄露到其他端口的功率与原有功率之比,单位dB。
天线:(antenna)是将高频电流或波导形式的能量变换成电磁波并向规定方向发射出去或把来自一定方向的电磁波还原为高频电流。
单工:亦称单频单工制,即收发使用同一频率,由于接收和发送使用同一个频率,所以收发不能同时进行,称为单工。
双工:亦称异频双工制,即收发使用两个不同频率,任何一方在发话的同时都能收到对方的讲话。单工、双工都属于移动通信的工作方式。
1.4 计算单位
dB:英文全称是Decibel,简写为dB。是一个比值的对数表示。dB是一个比值,简单理解就是一个相对值,比如说dBi,就是天线相对于一个全向点源天线的增益比值。dBd就是天线相对于一个标准偶极子的增益比值。
dBm:功率相对于1mW的比值;
dBw:功率相对于1W的比值;
2.1射频的三大核心指标
2.2直接影响射频信号频率的主要电路有:
①信号产生器:用来产生特定频率的信号,如点频振荡器、机械调谐振荡器、 压控振荡器、 频率合成器等。
②频率变换器:将一个或两个频率的信号变为另一个所希望的频率信号,如分频器、变频器、 倍频器、混频器等。
③频率选择电路:在复杂的频谱环境中,选择所关心的频谱范围。经典的频率选择电路是滤波器,如低通滤波器、带通滤波器、 高通滤波器和带阻滤波器等。
近年发展起来的高速电子开关由于体积小,在许多方面取代了滤波器来实现频率选择。在射频工程中,这些电路可以独立工作,也可以相互组合,还可以与其他电路组合,构成射频电路子系统。
这些电路的测量仪器有频谱分析仪、频率计数器、功率计、网络分析仪等。
2.3影响射频信号功率的主要电路有:
①衰减器:控制射频信号功率的大小。通常由有耗材料(电阻性材料)构成,有固定衰减量和可调衰减量之分。
②功分器:将一路射频信号分成若干路的组件,可以是等分的,也可以是比例分配的,希望分配后信号的损失尽可能小。功分器也可用作功率合成器,在各个支路口接同频同相等幅信号,在主路叠加输出。
③耦合器:定向耦合器是一种特殊的分配器。通常是耦合一小部分功率到支路,用以检测主路信号的工作状态是否正常。分支线耦合器和环形桥耦合器可实现不同相位的功率分配/合成,配合微波二极管,完成多种功能微波电路,如混频、变频、 移相等
④放大器:提高射频信号功率的电路,在射频工程中地位极为重要。用于接收的是小信号放大器,该类放大器着重要求低噪声、高增益。用于发射的是功率放大器,对于该类放大器,为了满足要求的输出功率,可以不惜器件和电源成本。用于测试仪器的放大器,完善和丰富了仪器的功能。
2.4阻抗
阻抗是在特定频率下,描述各种射频电路对信号能量传输的影响的一个参数。 电路的材料和结构对工作频率的响应决定电路阻抗参数的大小。工程实际中,应设法改进阻抗特性,实现能量的最大传输。所涉及的射频电路有:
①阻抗变换器:增加合适的元件或结构,实现一个阻抗向另一个阻抗的过渡。
②阻抗匹配器:一种特定的阻抗变换器,实现两个阻抗之间的匹配。
③天线:一种特定的阻抗匹配器,实现射频信号在封闭传输线和空气媒体之间的匹配传输。
3.1 射频前端模块
射频前端模块(RFFEM:Radio Frequency Front End Module)是通信系统的核心组件,对它的理解要从两方面考虑:一是必要性,是连接通信收发芯片(transceiver)和天线的必经通路;二是重要性,它的性能直接决定了移动终端可以支持的通信模式,以及接收信号强度、通话稳定性、发射功率等重要性能指标,直接影响终端用户体验。
3.2 三个大芯片:BB、TRX、PA
BB:Baseband,运行通信协议,把数据变成基础的射频信号。
TRX:Transceiver,把基础射频信号,变成高频射频信号。(反之亦然)
PA:Power Amplifier,功放,把TRX给的高频信号,放大发射出去。
其他小器件:SW、LAN、SAW、Filter、Duplexer
SW:switch,开关,手机射频有很多个频段,但只有一个天线,通过开关来切换。
LNA:低噪放,噪声很低的放大器,用于把接收到的极为微弱的射频信号放大。
SAW Filter:声表滤波器,把接收到的信号,不需要的频段过滤掉。
Duplexer:双工器,用于把FDD模式下的发射和接收合成一路信号。
SPDT:单刀双掷开关,一条输入路径,可以切换到2根输出路径上。
备注:之所以运用单刀双掷开关,而不是双工器来隔离TX和RX,是因为TDD的3G和4G,都是“时分双工”。发射和接收都是同一频率,一会儿发射,一会儿接收。
3.3 射频电路工作原理
接收电路工作原理:接收时,天线把基站发送来电磁波转为微弱交流电流信号经滤波,高频放大后,送入中频内进行解调,得到接收基带信息(RXI-P、RXI-N、RXQ-P、RXQ-N);送到逻辑音频电路进一步处理。
发射电路工作原理:发射时,把逻辑电路处理过的发射基带信息调制成的发射中频,用TX-VCO把发射中频信号频率上变为890M-915M(GSM)的频率信号。经功放放大后由天线转为电磁波辐射出去。
3.4 射频电路器件功能
功率放大器PA:经过混频的射频信号,功率很低,不足以提供足够的能量给天线,所以需要进行功率放大,放大到足够的能量大小以后反馈到天线上发射出去
天线开关:切换不同频段到相应天线,切换发射和接收状态
双工器:将接收和发射信号隔离,使得馈入到天线的信号既有接收信号又有发射信号,同事保证发射对接收信号的影响在可接收范围内
LTCC滤波器:LTCC低温共烧陶瓷,主要用于公共通路做低通(高通、带通)滤波器
SAW滤波器:输入的电信号转化成声波信号后沿着期间表面传输,经过一定延迟后,换能器把声波信号转化成电信号输出。从而完成电—声—电的转换
BAW滤波器:和SAW类似也是完成电—声—电的转换,但声波的传播在器件内部而非表面,更适合1.5GHz以上的高频传输。
低噪声放大器LNA:放在接收滤波器和射频收发器之间,用于降低前端接收通路的插损,从而提高接收灵敏度。
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LTCC/LC滤波器、功分器、巴伦变压器、耦合器:可以实现国产化原位替代Mini-Circuits、MarkiMACOM、线艺、PLUSE的相关产品。
射频连接器/转接器、电缆组件、同轴负载、衰减器:产品频率覆DC-110G,接口类型全面,产品稳定性好,使用寿命长,可以接受定制。
微带功分器:产品频率覆盖DC-50GHz,功分路数:2-64路,可以接受定制。
宽带锥形电感:产品频率覆盖DC-50GHz,指标好,性价比高,可以接受定制。
玻璃绝缘子(低频单芯、射频单芯、低频联排):产品种类齐全,可选择性多,性价比高,可以接受定制。
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