无线通信中射频收发机结构及应用.
射频通信原理
射频通信原理射频通信原理是指通过射频信号进行通信的原理和方法。
射频通信是一种利用无线电频率传输数据和信息的技术，其核心是通过调制和解调的方式实现信号的发送和接收。
射频通信原理的基本过程是将要传输的信息信号通过调制的方式转换为射频信号，然后通过天线将射频信号发送出去。
接收端的天线接收到信号后进行解调，将射频信号转换为原始的信息信号。
射频通信的关键是通过调制和解调技术实现信号的转换和传输。
调制是将低频的语音、图像或数据等信息信号转换为高频的射频信号的过程。
调制技术主要包括振幅调制(AM)、频率调制(FM)和相位调制(PM)等。
振幅调制是通过改变射频信号振幅的大小来传输信息。
频率调制是通过改变射频信号频率的大小来传输信息。
相位调制是通过改变射频信号的相位来传输信息。
解调是将接收到的射频信号转换为原始的信息信号的过程。
解调技术与调制技术相反，可以将射频信号转换为可使用的信息信号。
解调技术主要包括振幅解调(AM解调)、频率解调(FM解调)和相位解调(PM解调)等。
通过解调技术，接收端可以将接收到的射频信号转换为原始的语音、图像或数据等信息。
射频通信原理的基本组成部分包括发射端和接收端。
发射端主要包括信号源、调制器、功放器和天线等。
接收端主要包括天线、放大器、解调器和接收信号处理器等。
发射端通过调制技术将信息信号转换为射频信号并通过天线发送出去，接收端通过天线接收到信号，并通过解调技术将射频信号转换为原始的信息信号。
射频通信原理在无线通信领域具有重要的应用价值。
它广泛应用于移动通信、卫星通信、无线网络、遥感等领域。
随着科技的发展和进步，射频通信原理也在不断创新和改进，为人们的通信生活带来了更多便利和可能性。
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。
浅谈射频芯片内部结构以及工作原理
浅谈射频芯片内部结构以及工作原理射频简称RF，射频就是射频电流，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1000次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。
下面就随着低功耗蓝牙模块厂商云里物里科技一起来看下射频电路的内部构成。
射频电路射频电路指处理信号的电磁波长与电路或器件尺寸处于同一数量级的电路。
此时由于器件尺寸和导线尺寸的关系，电路需要用分布参数的相关理论来处理，这类电路都可以认为是射频电路，对其频率没有严格要求，射频电路最主要的应用领域就是无线通信，下图为一个典型的无线通信系统的框图，下面以这个系统为例分析射频电路在整个无线通信系统中的作用。
这是一个无线通信收发机的系统模型，这个系统的典型应用为移动电话和无线局域网，它包含了共用一个天线进行通讯的发射电路和接收电路。
在这个系统中，输入信号（声音或者计算机产生的数字信号）首先进行数字处理，数字处理部分主要是对数字信号进行处理，包括采样、压缩、编码等；如在移动电话的运用中，那么信号首先被转换为数字信号，然后进行压缩以减少传输时间，最后采用适当的编码以减少噪声和传输误码。
完成了输入信号的数字处理后，再通过数-模转换电路恢复为模拟形式。
模拟信号电路分为两部分：发射部分和接收部分。
射频芯片的发射部分射频芯片发射部分的主要作用是：数-模转换输出的低频模拟信号与本地振荡器提供的高频载波经过混频器上变频成射频调制信号，信号通过功率放大器（PA）放大，经过射频开关控制，再经过匹配电路和滤波电路处理到达天线，然后经过天线辐射到空间中去。
射频芯片的接收部分射频芯片接收部分的主要作用是：空间辐射信号经过天线耦合到接收电路中去，接收到的微弱信号经过匹配和滤波电路处理，再经过射频开关控制以后到达低噪声放大器（LNA），经过放大后与本地振荡信号经过混频器下变频为包含中频信号分量的信号。
天线的任务就是将经过编码处理的信息以电磁波的形式发射到自由空间中，或者接收来自空间中的信号。
无线通信中的射频收发系统设计
这一章讨论了非线性分析的基本原理和方法，包括互调、干扰屏蔽和频谱再 生及调制等。还介绍了如何利用非线性分析改善无线通信系统的性能。
第六章：移动系统中射频专用集成电路设计方法
这一章针对移动系统中的射频专用集成电路设计进行了深入探讨，包括自动 增益控制、模/数转换动态范围和电源管理等关键技术。还介绍了如何优化这些 集成电路的性能，以满足移动系统的严格要求。
《无线通信中的射频收发系统设计》是一本全面介绍无线通信中射频收发系统设计的书籍，既适 合初学者入门学习，也适合专业人士深入探讨。通过阅读本书，读者可以深入理解射频收发系统 设计的基本原理和核心技术，掌握射频收发系统的设计和优化方法，为进一步研究和开发无线通 信技术打下坚实的基础。
精彩摘录
在无线通信领域，射频收发系统设计是至关重要的一环。它不仅是实现无线 通信的关键，也是决定无线通信质量与效率的重要因素。近年来，随着无线通信 技术的快速发展，射频收发系统设计也变得越来越复杂和精细。在这样的背景下， 一本名为《无线通信中的射频收发系统设计》的书籍为我们提供了宝贵的参考和 指导。
本书还重点介绍了射频收发系统的性能评估。通过理论分析和实验测试，本书详细阐述了如何评 估射频收发系统的性能，包括传输速率、功耗、稳定性等指标。
还介绍了如何通过优化设计和参数调整来提高系统性能。
本书讨论了射频收发系统设计的未来发展趋势。随着技术的不断进步，射频收发系统设计将面临 更多的挑战和机遇。本书展望了未来几年内无线通信技术的发展趋势，并探讨了可能的创新方向。
《无线通信中的射频收发系统设计》这本书的目录覆盖了无线通信中射频收 发系统的各个方面，从基础知识到高级技术，从理论分析到实践应用。这本书对 于从事无线通信工作的工程师和技术人员来说是一本宝贵的参考书，对于相关领 域的研究人员和学生来说也是一本极好的教材。
nRF24L01的工作原理
nRF24L01的工作原理标题：nRF24L01的工作原理引言概述：nRF24L01是一款广泛应用于无线通信领域的射频收发模块，具有低功耗、高速率、远距离传输等特点。
本文将详细介绍nRF24L01的工作原理，包括射频通信原理、数据传输过程、工作模式、硬件结构和应用场景。
一、射频通信原理1.1 无线电频谱1.2 调制与解调1.3 射频信号传输原理二、数据传输过程2.1 数据封装与解封装2.2 数据包格式2.3 错误检测与纠正三、工作模式3.1 发射模式3.2 接收模式3.3 低功耗模式四、硬件结构4.1 射频前端4.2 数字处理单元4.3 外设接口五、应用场景5.1 无线传感器网络5.2 远程控制系统5.3 数据采集与监控正文内容：一、射频通信原理1.1 无线电频谱：nRF24L01使用的频率范围为2.4GHz，属于ISM频段，该频段不需要特殊许可证即可使用。
1.2 调制与解调：nRF24L01采用GFSK调制方式，通过改变载波频率的相位和幅度来传输数字信号。
1.3 射频信号传输原理：nRF24L01通过发送和接收两个模块之间的频率同步和数据包交换来实现无线通信。
二、数据传输过程2.1 数据封装与解封装：发送端将数据按照一定格式进行封装，接收端根据相同格式进行解封装，以确保数据的正确传输。
2.2 数据包格式：nRF24L01的数据包格式包括地址字段、数据字段和校验字段，其中地址字段用于标识发送和接收模块。
2.3 错误检测与纠正：nRF24L01采用CRC校验机制，通过检测和纠正传输过程中的错误来提高数据传输的可靠性。
三、工作模式3.1 发射模式：nRF24L01在发射模式下将数据发送至接收端，通过频率同步和数据包交换实现无线传输。
3.2 接收模式：nRF24L01在接收模式下接收来自发送端的数据，并进行解码和处理，以获取正确的信息。
3.3 低功耗模式：nRF24L01具有多种低功耗模式，可根据需求选择相应的模式以降低功耗。
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。
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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。
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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。
下变频器 低噪声 放大器 收发 开关
频率综合器
基带处理 和媒体访 问控制
功率放大器
上变频器
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射频前端方框图 10
1．3 射频电路与微波电路和低频电路的关系
3、EFT的特性
电感负载开关系统断开时，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。 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 2018/10/14 11 经引入了此标准。
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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
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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。
发射天线 基带信号 调制 中频变 频 功放
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 低轨数据通信、遥测遥控、移动通 信 低轨移动迪信、导航、气象和侦察 数据中继、测控 固定通信、广播电视
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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 低噪声放 大器10/14
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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。
EHF
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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V/UH 100~1000M F Hz L S C 1-2GHz 2-4GHz 4-7GHz
X
Ku
7-12GHz
12-18GHz
军事通信、资源卫星等
固定通信、移动通信、广播电视
K
Ka
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18-27GHz
27-40GHz 40-60GHz
固定通信、移动通信
固定通信、移动通信、卫星链路
12 固定通信、军事通信
2学时 10学时 10学时 10学时 6学时 10学时 8学时
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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%
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
射频微电子学
第一次课
卫星通信系微波通信教研室
理工大学通信工程学院
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一、课程内容简介
㈠内容安排 第一单元 射频和无线技术简介 第二单元 射频设计的基本概念 第三单元 收发信机的组成及特点 第四单元 低噪声放大器及混频器 第五单元 振荡源 第六单元 频综器 第七单元 功率放大器
射频微电子学
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。