无线通信中射频收发机结构与应用
nRF24L01的工作原理
nRF24L01的工作原理nRF24L01是一种低功耗2.4GHz无线收发器，广泛应用于无线通信领域。
它采用射频芯片nRF24L01+，具有高度集成的特点，能够提供可靠的无线通信连接。
本文将详细介绍nRF24L01的工作原理，包括硬件结构和通信协议。
一、硬件结构nRF24L01由射频前端、基带处理器和外设接口组成。
1. 射频前端：射频前端包括射频收发器和天线开关。
射频收发器负责无线信号的调制、解调和放大，天线开关用于切换天线的收发模式。
2. 基带处理器：基带处理器负责控制射频前端的工作状态，包括发送和接收数据。
它还负责处理数据的编码、解码和差错校验。
3. 外设接口：nRF24L01提供了多种外设接口，包括SPI接口、GPIO接口和中断接口。
SPI接口用于与主控芯片进行通信，GPIO接口用于控制外部设备，中断接口用于处理外部中断信号。
二、通信协议nRF24L01采用2.4GHz的ISM频段进行无线通信，支持多种通信协议，如SPI、I2C、UART等。
其中，最常用的是SPI通信协议。
1. SPI通信协议：nRF24L01通过SPI接口与主控芯片进行通信。
SPI通信协议包括四根信号线：SCK（时钟信号）、MISO（主从数据传输）、MOSI（从主数据传输）和CSN（片选信号）。
主控芯片通过SPI接口向nRF24L01发送控制命令和数据，nRF24L01通过SPI接口将接收到的数据传输给主控芯片。
2. 数据传输：nRF24L01支持点对点和广播两种数据传输模式。
在点对点模式下，一个nRF24L01作为发送端，另一个nRF24L01作为接收端。
发送端将数据通过SPI接口发送给接收端，接收端通过SPI接口接收数据并进行处理。
在广播模式下，一个nRF24L01作为发送端，多个nRF24L01作为接收端。
发送端将数据广播给所有接收端，接收端通过SPI接口接收数据并进行处理。
三、工作原理nRF24L01的工作原理可以分为发送和接收两个过程。
无线通信中射频收发系统的研究与设计
• 98•无线通信中射频收发系统的研究与设计广州海格通信集团股份有限公司 郭 洋 郑超捷【摘要】本文主要针对无线通信系统中的射频收发系统进行研究与设计，在分析通信系统组成和工作原理的基础上，对射频收发系统进行优化设计。
【关键词】无线通信；射频收发系统；研究；设计在当前通信技术以及信息技术的发展背景下，蜂窝移动通信技术得到跨越式突飞猛进的发展进步，并受人瞩目。
对于通信系统而言，其功能的实现需要各种重点电子线路实现，而各种电子线路又紧紧依托于通信系统的发射机和接收机，因此必须对通信系统及其接收机、发射机进行深入研究和创新设计。
1.通信系统的组成随着通信技术以及通信系统在人们生产生活中的应用，其在人们生产生活中的作用逐渐凸显。
首先是进行信号调制，能够将传输信号进行转换，转换成为能够进行信道传输的信号。
通过通信系统图能够看出，在通信系统的发送端进行信号解调。
在通信系统中一般传输的是在零频附近的低频信号，包括以模拟信号和数字信号为代表的基带信号（baseband ）。
经过调制之后的信号转变为基带信号（passband ）。
最终通带信号在整个通信系统中进行传输，在接收机中接收信号，并对信号进行进一步处理，转换为原始信号，接收机的主要任务即解调。
2.无线通信中射频收发系统的工作原理2.1 射频发射机的工作原理图1 射频发射机工作原理图射频发射机的主要功能是将低频基带信号转换为高频射频，如图1所示，一般需要经过调制器和放大器、滤波器等结构实现。
低频基带信号首先经过调制器以及滤波器、混频器等进行信号处理。
首先经过数模转换器的低频基带信号需要经过调制器进行初步解调，一般通过数字调制和模拟调制两种方式实现，数字分频电路和鉴相器电路以及锁相环电路组成的本振器能够对信号进行处理，并且将处理的信号送至混频器，最后在滤波器中进行频率相乘处理。
DAC 的主要功能是将数字信号转换为模拟信号，滤波器的主要目的是对信号进行进一步处理，去除信号中的干扰信号并优化其中的有效信号，在滤波信号的选择中还需要根据无线射频发射机进行选择，一般包括信道选择滤波器、镜像抑制滤波器以及射频滤波器等。
sub-1ghz射频收发器简介演示
智能农业应用
城市基础设施监控
城市中的各种基础设施（如桥梁、隧 道、水管等）可以通过Sub-1GHz收 发器进行实时监控，确保其安全运行 。
在农业领域，Sub-1GHz收发器可以 用于土壤湿度、温度等参数的采集和 传输，实现精准农业管理。
06
总结与展望
总结
技术特点
Sub-1GHz射频收发器以其低频 特性，在物联网领域展现出独特 的优势，特别是在需要长距离和
射频收发器简介
射频收发器的基本原理和组成
01
包括信号的发射和接收、调制和解调等关键技术。
射频收发器的分类
02
根据不同的频段和应用场景，可以分为sub-1ghz、2.4ghz、
5ghz等不同类型。
射频收发器的主要性能指标
03
包括灵敏度、动态范围、抗干扰能力等，以及这些指标对系统
性能的影响。
02
sub-1ghz射频收发器概述
安全与便利性
通过Sub-1GHz射频收发器，智能家居系统可以实现远程控制、定时任 务、语音识别等功能，为用户提供更加安全、便利的生活环境。
03
节能与环保
Sub-1GHz收发器支持低功耗模式，有效降低能源消耗，符合现代绿色
环保的生活理念。
案例二：无线传感器网络中的应用
传感器数据采集
Sub-1GHz射频收发器在无线传感器网络中用于数据采集和传输。传感器节点通过Sub1GHz收发器将采集到的环境参数（如温度、湿度、压力等）发送到网关设备。
应用拓展
除了现有的应用领域，Sub-1GHz射频收发器有望在智能城市、智 能交通等领域发挥更大的作用，推动物联网技术的更广泛应用。
融合发展
随着5G、6G等新一代通信技术的普及，Sub-1GHz射频收发器将与 这些技术融合，共同构建更加高效、智能的物联网生态系统。
第1章无线通信中射频收发机结构及应用1
无线局域网(WLAN)是利用全球通用且无须申请许可的ISM频段 (2.4GHz频段、5.0GHz频段)，在无线的环境中实现便携式移动通 信。
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1．5 典型应用的集成收发信机
1．5．2 应用于无线局域网的收发机
无线局域网(WLAN)是利用全球通用且无须申请许可的ISM频段 (2.4GHz频段、5.0GHz频段)，在无线的环境中实现便携式移动通 信。
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1．3 射频电路与微波电路和低频电路的关系
IEEE和工业用微波波段的定义
频带名称 L带 C带 Ku带
Ka带(毫米波) U带(毫米波) E带(毫米波) F带(毫米波)
频率范围(GHz) 1.0～2.0 4.0～8.0
12.0～18.0 26.5～40.0 40.0～60.0 60.0～90.0 90.0～140.0
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1．1 无线收发信机射频前端功能和特性
对于发送系统硬件电路系统而言，最困难的部分就在于中放变
频和功放。中放变频的难点主要在于变频系统方案的设计，好
的系统方案设计可能产生的相关干扰较少，甚至还可能降低对
参与变频的本地振荡信号的要求。
基带信号 解调
中频变 频
低噪声放 大器
接收天线
图1－2接收机结构图
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2．高射频和微波电路
对于高射频和微波电路，其中可以有一个或几个集总元件，但至 少要有一个分布式元件。
对于分布电路，具有下述三个特点：
1.必须采用麦克斯韦方程提出的波传播概念；
2.电路要有大的电长度，物理长度与电路中信号传播的波长可比拟；
天线射频技术的基本原理和应用
天线射频技术的基本原理和应用1. 引言天线射频技术是无线通信中不可或缺的核心技术之一。
它在无线通信中起着收发信号的重要作用。
本文将介绍天线射频技术的基本原理和应用，并分析其在不同领域中的重要性。
2. 天线射频技术基本原理2.1 天线的工作原理天线是将电磁波转化为电信号或将电信号转化为电磁波的装置。
它通过接收或辐射电磁波来实现信号的传输。
天线的工作原理可以简化为以下几个步骤：•接收电磁波：天线通过接收电磁波的方式将电磁波转化为电信号。
•放大电信号：接收到的电信号通过天线内部的电路放大，增加信号的强度。
•辐射电磁波：放大后的信号被转化为电磁波，从而被传输到目标设备或区域。
2.2 射频技术的基本原理射频技术是指在超高频（UHF）和高频（HF）范围内进行信号传输和通信的技术。
射频技术的基本原理包括以下几个方面：•调制：通过将低频信号与高频载波信号进行合成，将信息传输到载波中。
•解调：将接收到的调制信号还原为原始的低频信号。
•放大：增加信号的强度，以提高传输距离和可靠性。
•滤波：去除无效的频率成分，以增强信号的质量。
3. 天线射频技术的应用3.1 通信领域天线射频技术在通信领域中有着广泛的应用。
无线通信技术（如移动通信和无线局域网）需要天线来实现信号的传输和接收。
天线射频技术在提高通信质量、扩大覆盖范围和增加通信容量方面发挥着重要作用。
3.2 遥感领域遥感技术利用天线射频技术进行数据的采集和传输。
通过遥感技术，可以获取到卫星、飞机等载体上收集到的地面数据。
这些数据可以用于地理信息系统、气象预测、农业监测等领域，对环境保护和资源管理起到重要的作用。
3.3 导航与定位领域导航与定位技术是基于天线射频技术的应用之一。
通过接收卫星信号，利用天线进行信号的接收和解调，可以实现精确定位和导航。
这种技术在汽车导航、航空导航、船舶导航等领域有着广泛的应用。
3.4 无线能量传输领域天线射频技术在无线能量传输领域也有着重要的应用。
2.4GHz无线收发器及应用方案大全
2.4GHz无线收发器IC及其应用黄一鸣贾波徐群山博通集成电路（上海）有限公司概述随着信息技术的飞速发展和人们对高速率无线通讯的需求，无线应用产品的工作频率已经从低频段跨入高频段。
作为全球均无需授权即可使用的2.4 GHz ISM频段成为众多无线高端产品首选频段，譬如蓝牙，WLAN，ZigBee等。
博通集成电路公司的2.4GHz无线收发器BK2421采用高达2Mbps的通讯速率和独特的通讯协议，不但保持了 2.4 GHz 频段其他通讯协议优良的射频性能，而且简化了产品设计，节省了产品开发成本，降低了产品功耗，是国内唯一一颗达到世界先进水平的2.4GHz无线收发器。
本文详细介绍了这一收发器产品性能和特点并在最后给出了基于BK2421所完成的PC周边设备方案（包括无线鼠标键盘、无线遥控等），汽车无线防盗和马达自动起动方案和移动支付RFID子系统方案。
BK2421性能和特点BK2421基本性能和特点BK2421是一颗工作在全球开放2.4GHz ISM频段的单芯片无线收发器，集成了无线射频收发前端、频率综合器、数字调制解调器、1对6 星形通信协议以及电源管理。
相比其他2.4GHz短距离无线通信技术（如蓝牙，WiFi等），它以非常低的功耗实现高速率无线传输（最高可以达到2Mbps），接收器正常工作电流为17mA，发射器输出功率0dBm的电流为14mA，关机状态电流为3uA。
BK2421集成两种调制方式，分别为CPGFSK调制（Continuous Phase Gaussian Frequency Shift Key，相位连续高斯频移键控）和CPFSK调制（Continuous Phase Frequency Shift Key，相位连续频移键控）。
其频谱如图1所示，其中BT为3dB 带宽和传输速率的乘积（3-dB bandwidth-symbol time）。
Frequency (MHz)Po w e r /f r e q u e n c y (d B /H z )PSD Comparison of GFSK and FSK图 1 ：CPFSK 和CPGFSK 调制频谱CPFSK 调制方式可以显著提高芯片灵敏度。
射频接收机原理
射频接收机原理
射频接收机原理是基于电磁波和电路工作原理的。
一个射频接收机的主要组成部分包括天线、射频前端、中频部分和解调器。
首先，天线用于接收到达的射频信号，并将其转换为电信号。
射频信号可以是来自电子设备、无线电信号、卫星信号等。
当射频信号通过天线传输到射频接收机时，它会引发天线中的电流，进而将电磁波转化为电信号。
接下来，射频前端通过将电信号放大和滤波来处理接收到的信号。
信号放大是为了增加接收功率，以便更好地处理信号。
滤波是为了去除掉其他频率的干扰信号，只保留所需的射频信号。
这些处理步骤有助于提高射频信号的质量和可靠性。
然后，经过射频前端处理的射频信号被发送到中频部分。
中频部分主要是通过混频器和局部振荡器对射频信号进行处理，将其转换为中频信号。
混频器将射频信号与局部振荡器的频率进行混合，得到中频信号。
中频信号的频率相对较低，便于后续处理和解调。
最后，解调器的任务是将中频信号转换为原始信息信号。
解调器可以根据信号的特定编码方式和调制方式，解码出原始信息信号。
解调器一般包括解调电路，可以将调制过的信号还原为原始信号，从而实现正确的信号解析和信息提取。
综上所述，射频接收机的工作原理包括接收射频信号、信号放
大和滤波、中频处理以及解调，通过这些步骤实现对射频信号的接收和信息提取。
射频收发器的工作原理及应用领域
射频收发器的工作原理及应用领域1. 射频收发器的工作原理射频收发器（RF transceiver）是一种能够同时进行射频信号的接收和发送的电子设备。
它的工作原理主要涉及射频信号的调制、放大、传输和解调等过程。
1.1 射频信号调制射频收发器首先需要对待发送的信号进行调制。
调制是指将待发送的信号转换为适合射频传输的宽频带信号。
常用的调制方式包括频移键控（FSK）、正交幅度调制（QAM）和正交频分复用（OFDM）等。
1.2 射频信号放大与传输调制后的信号需要经过射频信号放大器进行增益，以保证信号在传输过程中的稳定性和可靠性。
然后通过射频传输线将信号传输至接收端。
射频传输线的特性对信号的传输质量有着重要的影响，如传输损耗、反射和干扰等。
1.3 射频信号解调接收端的射频收发器需要将接收到的射频信号进行解调，以还原出原始的基带信号。
解调过程与调制过程相反，常用的解调方式包括幅度解调、频率解调和相位解调等。
2. 射频收发器的应用领域射频收发器在无线通信、无线电广播和雷达等领域有着广泛的应用。
2.1 无线通信射频收发器作为无线通信中的关键部件，广泛应用于蜂窝通信、无线局域网（WLAN）、卫星通信和无线传感器网络等。
它可以实现无线信号的传输和接收，在不同频段和调制方式下实现不同的通信需求。
2.2 无线电广播射频收发器在无线电广播中扮演着关键的角色。
它负责将电台发出的音频信号经过调制后转化为无线电信号进行传输，并在接收端进行解调还原出音频信号，实现广播节目的传输和接收。
2.3 雷达系统射频收发器在雷达系统中起到了收发信号的重要作用。
雷达系统通过发射射频信号并接收返回的回波信号来检测目标的距离、速度和方向等信息。
射频收发器负责发射射频信号，并将接收到的回波信号进行放大和解调，然后通过信号处理实现目标的检测和识别。
2.4 其他应用领域除了无线通信、无线电广播和雷达系统外，射频收发器还广泛应用于无线电频率识别（RFID）、无线遥控器、医疗设备和卫星导航系统等领域。
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射频前 端
A/D和 D/A
数字 处理
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射频通信系统示意图
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1．1 无线收发信机射频前端功能和特性
射频前端指从天线到完成第一次频率变换所需要的电路，这些 电路对射频信号进行处理。然后在下变频器中经过与本地产生 的振荡信号进行混频，来将信号从射频载波变换到中频或者基 带。发送信号时，同接收信号相反，需要将中频或者基带信号 经上变频器变换到射频载波，经过功率放大器放大到一定的功 率，然后经过天线发送出去。
射频微电子学
第一次课
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一、课程内容简介
射频微电子学
㈠内容安排
第一单元 射频和无线技术简介
2学时
第二单元 射频设计的基本概念
10学时
第三单元 收发信机的组成及特点 10学时
第四单元 低噪声放大器及混频器 10学时
第五单元 振荡源
6学时
第六单元 频综器
10学时
第七单元 功率放大器
8学时
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1．1 无线收发信机射频前端功能和特性
对于发送系统硬件电路系统而言，最困难的部分就在于中放变
频和功放。中放变频的难点主要在于变频系统方案的设计，好
的系统方案设计可能产生的相关干扰较少，甚至还可能降低对
参与变频的本地振荡信号的要求。
基带信号 解调
中频变 频
低噪声放 大器
接收天线
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1．1 无线收发信机射频前端功能和特性
无线通信收发信机中存在两种变换。在发射端，第一 个变换是输入变换器，它把需要传递的信息变换成电信 号—基带信号；第二个变换是发射机将基带信号变换 成其频带适合在信道中有效传输的信号形式—已调信 号，这个过程称为调制。
基带信号 调制
中频变 频
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1．3 射频电路与微波电路和低频电路的关系
卫星频率，是指卫星用频设备使用的频率：卫星频率是无线电频谱中的一部分，主要 使用V／UHF、L、S、C、X、Ku、K、Ka、EHF等频段。卫星常用频段如表2所示。
表2 卫星频率常用频段
频段 频率范围 主要应用
V/UH 100~1000M 低轨数据通信、遥测遥控、移动通
固定通12信、军事通信
3．电磁频谱
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3．电磁频谱
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射频(Radio Frequency)/微波(Microwave) 无线电频谱中占据某一特殊频段的电磁波。
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3．电磁频谱
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09.04.2020
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1．3 射频电路与微波电路和低频电路的关系
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一、课程内容简介
射频微电子学
㈡实施方法及考核 讲课、讨论、自学、习题、专题仿真与专题讨论 专题仿真： 低噪声放大器设计；锁相环频率合成器环路滤波器 的设计 专题讨论： 功率放大器线性化技术 考核：平时综合成绩占40%，考试成绩占60%
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一、课程内容简介(续)
射频微电子学
㈢主要参考书
⑴《射频通信电路》（第二版），陈邦媛著， 科学出版社，2006
⑵《CMOS射频集成电路设计 》Thomas H.Lee 著，余志平 周润德等译 ，2006年
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第1章 无线通信中射频收发机结构及应用
一、教学内容及时间安排
1．1 无线收发信机射频前端功能和特性 1．2 射频电路在系统中的作用与地位 1．3 射频电路与微波电路和低频电路的关系 1．3．1 频段划分 1．3．2 电路的设计考虑 1．4 集成收发系统结构 1．5 典型应用的集成收发信机 1．5．1 GSM收发机 1．5．2 应用于无线局域网的收发机 1．5．3 应用于无线传感器网络的低功耗收发机 1．5．4 应用于WCDMA 1．6 无线通信及射频电路技术发展趋势 1．7 射频电路基础 1．7．1 频带宽度表示法
标准IEC61000－4－4(1995)《电快速瞬变脉冲群抗扰度试验》 来模拟电快速脉冲群对电气和电子设备的影响，与其对应的国标 是GB／T13926．4－92《工业过程测量和控制装置的电磁兼容 性－电快速瞬变脉冲群要求》。
空调、预付费电能表、火灾报警器、加油机控制器等产品都已经
引09.入04.2了020 此标准。
发射天线 功放
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1．1 无线收发信机射频前端功能和特性
发送过程大致如下。 (1)调制：即将基带信号调制到通信载波上，在某些特殊 应用领域还有一个对基带信号加密的步骤或其他步骤。 (2)中放变频：在这一步不但要对调制之后的信号进行放 大，还要将信号变频到实际通信的频段(频道)。 (3)功放：主要将发射信号的功率放大到满足通信(距离) 的要求。 (4)发射天线：将信号有效地发射出去，除了发送功率 (效率)之外，有时还有方向，以及电波传播方式的选择。
F
Hz
信
L
1-2GHz
低轨移动迪信、导航、气象和侦察
S
2-4GHz
数据中继、测控
C
4-7GHz
固定通信、广播电视
X
7-12GHz 军事通信、资源卫星等
Ku 12-18GHz 固定通信、移动通信、广播电视
K
18-27GHz 固定通信、移动通信
Ka 27-40GHz 固定通信、移动通信、卫星链路
EHF 09.04.2020 40-60GHz
图1－2接收机结构图
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1．1 无线收发信机射频前端功能和特性
1．2射频电路在系统中的作用与地位 对于接收链路来说，从天线接收下来的射频信号，首先 经射频前端和其他模拟电路变换到低频的基带内，然后 经模数(A／D)转换器转换成数字信号，这些数字信号再 经后面的数字信号处理电路完成解码和其他运算后送给 相应的应用设备。
收发 开关
低噪声 放大器
下变频器
基带处理 频率综合器 和媒体访
问控制
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功率放大器
上变频器
射频前端方框图 10
1．3 射频电路与微波电路和低频开关系统断开时，会在断开点处产生瞬态骚（EFT)脉 冲组成。对110V／220V电源线的测量表明，这种脉冲群的幅值 在100V至数千伏之间，具体大小由开关触点的机电特性(如触点 打开的速度，触点断开时的耐压等)决定，脉冲重复频率在lkHz一 1MHz。对单个脉冲而言，其上升沿在纳秒级，脉冲持续期在几 十纳秒至数毫秒之间。
2．微波和射频的定义 当工作频率提高到接近1GHz或者更高，就会出现一些在低频