无线通信中射频收发机结构及应用
基于无线通信射频收发机系统的设计毕业设计
摘要：近年来，射频(RF)无线通信技术的迅速发展增加了人们对低电压高性能射频前端的需求，无线通讯系统中的关键模块-RFIC 成为当前的研究热点，如：蜂窝式个人通信与基站、无线接入系统、卫星通信、全球卫星定位系统、无线局域网等。
经过三代移动通信的发展，通信系统发展成了支持多媒体的通信系统，系统的速度更快，误码率更低。
射频收发机是通信系统的前端部分，负责信号的接收和发射部分，是无线通信系统中不可缺少的一部分，它决定了通信距离和影响着通信质量通信系统的发展也带动了射频收发机的发展。
本论文探讨了收发机的基本结构，射频收发机的发展，然后介绍了射频收发机的一些关键指标，然后根据重要指标计算出射频系统的主要技术指标，最后仿真整个收发机的主要技术指标。
关键词：移动通信；射频收发机；系统指标RF transceiver system design based on wirelesscommunicationIn recent years，the rapid development of radio frequency (RF) wireless communication increase the RF front-end needs of low-voltage and high-performance.The key modules-RFIC of Wireless communication systems become research focus,such as cellular personal communications and base station, wireless access systems, Satellite Communications,GPS, wireless lan,etc. After the development of three generations of mobile communications, communications system developed into a multimedia communication system and the system has faster rate and lower BER. RFtransceiver which is front of the communication system is responsible for receiving and transmitting the signal part and that is an integral part the wireless communication system. RF transceiver determines the distance of communication and affects the communication s quality. The development of communication system has also led to thedevelopment of the RF transceiver. The paper discussed transceiver's basic structure and radio frequency transceiver's development and some key indicators. Then according to these important target, it has calculated the radio frequency system's major technique target. Finally it simulated entire transceiver's major technique target.Keywords: mobile communication RF transceiver system specifications1引言射频是指该频率的载波功率能通过天线发射出去(反之亦然)，以交变的电磁场形式在自由空间以光速传播，碰到不同介质时传播速率发生变化，也会发生电磁波反射、折射、绕射、穿透等，引起各种损耗。
无线通信系统中射频发射机的系统设计和仿真
杂散 和谐 波 。 ３ １ ａ 可 观 察 到发 射 频 率 的二 倍 频 和 三倍 — （） 频上存 在 着谐 波 ， 一 ｌ ｂ 可 以 看 出基 波 附 近存 ３ （） 在着交 调 产物 。零 中频发 射机 利用 正交调 制器来
实 现 单 边 带 调 制 ， 制 另 外 一 个 边 带 。 单 边 带 调 抑
三 、 射 机 性 能 仿 真 发
发射 机最 主要 的指标 是功 率 和频率 。在 该发 射 系统 中 ， 入 的 基带 信 号为 ０ Ｂ 预计 发 射峰 输 ｄ ｍ， 值功 率要求 能 够达 到 ２ ｄ ｍ。 ０Ｂ 对发 射 机 输 入 单 独 的 Ｉ 信 号 进 行 谐 波 仿 路 真 ， 入信 号 频 率 为 １ 输 ＭＨｚ 信 号 电平 为 ０ Ｂ ， ｄ ｍ，
输 出频 谱 如 图 １ ：
当 ＩＱ 两路 均 为连续 的线性 信 号 时 ： ／ 正交 Ｉ ／ Ｑ输入 基带 信号 为 （） Ｑ（） 正交 本振 信 号 为 ｆ和 ￡， ｆ （） ｆ （） 则设 ： ，￡ 和 ｏ ，
， ｆ 一 Ｃ Ｓ （ ， （） ｓｎｏ （） Ｏ ￣） Ｑ 一 ｉｃ） ｏｔ （
接收链 路 的性能 。 二 、 频 发 射 机 的 概 述 射
（） ａ
Ｃ） ｏｏ
图 １ 发 射 机 输 出双 边 带 频 谱
可 见信号 在通 过发射 机后 频谱 由基 带搬 移到 了射 频 。 因为 ＩＱ 路 只输 入 了一 路信 号 ， 时 的 ／ 此 输 出 信 号 是 个 双 边 带 信 号 ， 边 的 功 率 达 到 单
１ ｄ ｍ 。混 频 器 Ｉ 端 到 ＲＦ端 的 隔 离 度 对 本 振 ７Ｂ Ｏ 泄 露 有 很 大 的影 响 。链 路 中器 件 的 非 线 性 会 产 生
无线基站无线通信系统以及无线通信方法
无线基站无线通信系统以及无线通信方法1.无线基站的定义和构成无线基站是构建无线通信系统的基础设施，也是无线通信网络的关键节点之一、它是一个具有天线系统、收发机系统、传输系统和控制系统等功能模块的设备。
根据覆盖范围的不同，无线基站可以分为宏基站、微基站和室内基站等。
(1)天线系统：无线基站的天线系统是用来接收和发送无线信号的设备，它通常包括天线、天线支架和天线分集等。
天线系统的设计和布局对无线通信质量和覆盖范围起着关键作用。
(2)收发机系统：无线基站的收发机系统是用来将收到的无线信号转换成电信号并进行处理的设备。
收发机系统通常包括射频前端模块、中频模块和数字信号处理模块等。
收发机系统的设计和性能直接影响无线通信的传输效果和质量。
(3)传输系统：无线基站的传输系统是用来将无线信号传输到目标终端设备的设备。
传输系统通常包括传输介质、传输设备和传输协议等。
传输系统的设计和性能对无线通信的传输速率和时延等方面有着重要影响。
(4)控制系统：无线基站的控制系统是用来对无线通信系统进行管理和控制的设备。
控制系统通常包括控制器、交换机和协议栈等。
控制系统的设计和性能对无线通信的运行稳定性和可靠性具有重要意义。
2.无线通信系统的概述无线通信系统是指通过无线基站和相关设备构成的一种通信网络系统。
它使用无线电波等无线信号进行信息传输和交换。
无线通信系统在现代社会中应用广泛，为人们提供了各种无线通信服务。
无线通信系统可以按覆盖范围和使用频率划分。
根据覆盖范围的不同，无线通信系统可以分为广域网、城域网和局域网等。
广域网通常使用卫星通信进行覆盖，城域网通常使用微波通信进行覆盖，而局域网通常使用无线局域网进行覆盖。
根据使用频率的不同，无线通信系统可以分为移动通信系统、卫星通信系统和无线局域网系统等。
移动通信系统通常使用手机进行通信，卫星通信系统通常使用卫星进行通信，无线局域网系统通常使用Wi-Fi进行通信。
无线通信系统的核心技术包括调制解调技术、编码解码技术、分集技术和多址技术等。
物联网射频技术原理及应用
物联网射频技术原理及应用物联网射频技术是指利用射频信号实现设备之间的无线通信和互联互通的技术。
它是实现物联网的关键技术之一，广泛应用于智能家居、智能交通、智能城市、智能医疗等领域。
物联网射频技术原理主要包括射频通信原理、射频识别原理和射频传感器原理。
射频通信原理是物联网射频技术的基础，它是利用射频信号实现设备之间的无线通信。
射频通信涉及到射频天线、射频收发模块和射频调制解调技术。
射频天线用于发送和接收射频信号，射频收发模块将射频信号转换为数字信号并进行解调，射频调制解调技术用于实现信号的编码和解码。
射频识别原理是物联网射频技术中的重要技术之一，它是通过射频信号识别物体的唯一标识。
射频识别主要涉及到射频标签、射频读写器和射频识别协议。
射频标签是一种集成了射频芯片和射频天线的设备，它具有唯一的编号，用于标识物体。
射频读写器用于读取和写入射频标签的信息，它可以通过射频信号与射频标签进行无线通信。
射频识别协议是射频读写器和射频标签之间的通信协议，它规定了射频标签的通信方式和数据格式。
射频传感器原理是物联网射频技术的另一个重要技术，它通过射频信号获取环境参数或物体状态。
射频传感器主要涉及到射频发射器、射频接收器和射频传感技术。
射频发射器将射频信号发送到空间中，射频接收器接收被空间中物体散射的射频信号，并通过信号处理技术提取出所需的环境参数或物体状态信息。
射频传感技术包括射频散射、射频识别和射频定位等技术，它们通过分析射频信号的特征来实现对环境参数或物体状态的感知和检测。
物联网射频技术应用广泛，其中智能家居是最典型的应用之一。
通过将家中的各种设备连接到物联网，可以实现设备之间的互联互通。
比如，可以通过射频技术实现智能门锁的远程开关、智能灯光的远程控制和智能家电的远程监控等功能。
此外，物联网射频技术还应用于智能交通领域，可以实现车辆的自动收费、路况的实时监测和交通信号的智能控制等功能。
在智能城市方面，物联网射频技术可以实现路灯的智能控制、垃圾桶的智能管理和停车位的实时监测等功能。
【科普】集成电路IC设计系列10之模拟芯片之RF IC
【科普】集成电路IC 设计系列10 之模拟芯片之RF IC今天来聊聊射频芯片。
传统来说，一部可支持打电话、发短信、网络服务、APP 应用的手机，一般包含五个部分部分：射频部分、基带部分、电源管理、外设、软件。
射频：一般是信息发送和接收的部分；基带：一般是信息处理的部分；电源：一般是节电的部分，由于手机是能源有限的设备，所以电源管理十分重要；外设：一般包括LCD，键盘，机壳等；软件：一般包括系统、驱动、中间件、应用。
在手机终端中，最重要的核心就是射频芯片和基带芯片。
射频芯片负责射频收发、频率合成、功率放大；基带芯片负责信号处理和协议处理。
RF 是Radio Frequency 的缩写，指无线电频率。
频率范围在300KHz～300GHz 之间。
RF 最早的应用是Radio—无线电广播（FM /AM）。
而射频芯片是将无线电信号通信转换成一定的无线电信号波形，通过天线谐振发送出去的电子元件。
在整个射频芯片赛道中，射频前端行业规模巨大，市场增速较快。
射频前端（Radio Frequency Front-End）在通讯系统中天线和基带电路之间的部分，包括发射通路和接收通路，一般由射频功率放大器、射频滤波器、双工器、射频开关、射频低噪声放大器等共同组成。
射频前端行业是我国集成电路行业中对外依存度较高的细分领域之一，特别是在5G、高集成度射频前端模组等前沿市场，据Yole 的数据，2022 年全球射频前端市场由Broadcom（19%）、Qualcomm（17%）、Qorvo（15%）、Skyworks （15%）和村田（14%）等美系和日系厂商占据主导地位，这些射频巨头通过不断地收购整合，不断补强射频前端技术能力。
这五大射频前端厂商合计占据市场约80%的份额，也占据我国大部分的市场份额。
射频前端结构射频前端是无线通信系统构架四大部分（天线、射频前端、射频收发模块以及基带信号）之一，主要功能是将数字信号向无线射频信号转化。
第一章 射频电路导论
开始的室外电磁波通信实验， 最初的目的是实现无 线电报。 经过100多年的发展， 无线电远程通信从无 线电报发展到无线电广播、 电视、 移动通信等， 逐步覆盖了陆地、 海洋和太空， 从固定通信发展到移动通信， 从模拟通信发展到数 字通信。 无线电广播、电视和移动通信使用的无线 电频率为300kHz~3000 MHz。 图1.1.2给出了无
第一章 射频电路导论
1.1 虽然射频电路系统的具体设备多种多样， 组成和复杂程度不同， 但系统的最基本结构相 同， 如图1.1.1所示， 包括发射机和接收机两 个主要部分。
第一章 射频电路导论
图1.1.1 射频电路系统的最基本结构
第一章 射频电路导论
图1.1.1中， 信道即无线电波的传输媒质， 如空气、 真空、 海水、 地表。
iC=a0+a1(u1+u2)
第一章 射频电路导论
上式是转移特性曲线以Q为中心， 在Q附近的一阶泰勒级数展 开式。 其中， a0是ICQ， a1是晶体管在Q处的交流跨导gm。 上 式可写为
iC a0 a1 (u1 u2 ) a0 a1u1 a1u2
a0 a1U1m cos1t a1U 2m cos2t
第一章 射频电路导论
1.1.3 蓝牙工作在全球通用的2.4 GHz工业、 科学和医
学(ISM) 频段， 采用高斯频移键控（GFSK）调制， 利用时分 双工传输方案， 最大数据传输速率为1 Mb/s， 最大 传输距离为10m, 支持点对点及点对多点通信， 通过 采用跳频、 短数据包和自适应发射功率来进行调节 以提高抗干扰能力， 系统最大跳频速率为1600跳/s， 在2.402~2.480 GHz之间采用79个间隔1 MHz的频点。
2.4GHz射频收发芯片nRF2401应用电路图 器件配置
2.4GHz射频收发芯片nRF2401应用电路图器件配置1. 引言nRF2401是单片射频收发芯片，工作于2.4～2.5GHz ISM频段，芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。
芯片能耗非常低，以-5dBm的功率发射时，工作电流只有10.5mA，接收时工作电流只有18mA，多种低功率工作模式，节能设计更方便。
其DuoCeiverTM技术使nRF2401可以使用同一天线，同时接收两个不同频道的数据。
nRF2401适用于多种无线通信的场合，如无线数据传输系统、无线鼠标、遥控开锁、遥控玩具等。
2. 芯片结构、引脚说明2.1 芯片结构nRF2401内置地址解码器、先入先出堆栈区、解调处理器、时钟处理器、GFSK滤波器、低噪声放大器、频率合成器，功率放大器等功能模块，需要很少的外围元件，因此使用起来非常方便。
QFN24引脚封装，外形尺寸只有5×5mm。
nRF2401的功能模块如图1所示。
图２nRF2401引脚图2.2 引脚说明表1：nRF2401引脚（附：此处引脚11和12有误。
2006.6.30）3. 工作模式nRF2401有工作模式有四种：收发模式、配置模式、空闲模式和关机模式。
nRF2401的工作模式由PWR_UP 、CE、TX_EN和CS三个引脚决定，详见表2。
表2：nRF2401工作模式3.1 收发模式nRF2401的收发模式有ShockBurstTM收发模式和直接收发模式两种，收发模式由器件配置字决定，具体配置将在器件配置部分详细介绍。
3.1.1 ShockBurstTM收发模式ShockBurstTM收发模式下，使用片内的先入先出堆栈区，数据低速从微控制器送入，但高速(1Mbps)发射，这样可以尽量节能，因此，使用低速的微控制器也能得到很高的射频数据发射速率。
与射频协议相关的所有高速信号处理都在片内进行，这种做法有三大好处：尽量节能；低的系统费用(低速微处理器也能进行高速射频发射)；数据在空中停留时间短，抗干扰性高。
射频前端基本架构及工作原理解析
声学滤波器
SAW滤波器
BAW滤波器
普通SAW
声表面滤波器—— 技术成熟且仍在发 展，低成本，应用 广泛
TC-SAW
温度补偿滤波器—— 弥补普通SAW温度 变化大的缺陷，制造 复杂度和成本更高
I.H.P-SAW
高频SAW滤波器— —高Q值、低TCF、 高散热性，可满足滤 波器小型化的需求
双工器的内部结构
双工器的外部引线
7
1.3、功率放大器PA： 放大射频信号进行发射
功率放大器（PA，Power Amplifier）是射频前端的核心部件，利用三极管的电流控制作用或场效应管 的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。 PA主要用于发射链路，通过把发射通道的微弱射频信号放大，使信号成功获得足够高的功率，从而实 现更高通信质量、更强电池续航能力、更远通信距离。PA的性能可以直接决定通信信号的稳定性和强 弱。
晶圆(4寸晶圆为主)采用光刻、镀膜等工艺进行图形化处理， 实现压电薄膜的制作是关键的工艺环节，材料主要为氯化
芯片表面结构和制作工艺较简单
铝(AIN)和氧化锌(ZnO)
成本 优势
较低 (≈0.1-0.5美金）
体积小于传统的陶瓷滤波器， 设计灵活性大、技术成熟、可靠性高
高（>1美金）
适用于高频、温度变化不敏感、声波垂直传播方式易于小 型化，尺寸随频率升高而缩小
功率放大器以三极管/场效应管为核心，通过匹配网络 放大成为功率信号
8
1.3、功率放大器PA： 放大射频信号进行发射
随着半导体材料的不断发展，功率放大器也经历了CMOS、GaAs、GaN三大技术路线。第一代半导体材 料是CMOS，技术成熟且产能稳定。第二代半导体材料主要使用GaAs或SiGe，有较高的击穿电压，可 用于高功率、高频器件应用。第三代半导体材料GaN在性能上显著强亍GaAs，但成本较高。 目前移动端民用市场主要采用GaAs 作为功放，而GaN在部分基站端应用率先实现替代。未来GaN将成 为高射频、大功耗应用的主要方案。
无线射频
无线射频无线射频译自英文Radio Frequency Identification，简称为RFID，是20世纪90年代兴起的一种非接触式的自动识别技术。
射频技术（RFID）相对于传统的磁卡及IC卡技术具有非接触、阅读速度快、无磨损等特点。
无线射频技术在阅读器和射频卡之间进行非接触双向数据传输，以达到目标识别和数据交换的目的。
与传统的条型码、磁卡及IC卡相比，射频卡具有非接触、阅读速度快、无磨损、不受环境影响、寿命长、便于使用的特点和具有防冲突功能，能同时处理多张卡片。
1基本介绍目前生产射频技术RFID产品的很多公司都采用自己的标准，国际上还没有统一的标准。
目前，可供射频卡使用的几种射频技术标准有ISO10536、ISO14443、ISO15693和ISO18OOO。
应用最多的是ISO14443和ISO15693，这两个标准都由物理特性、射频功率和信号接口、初始化和反碰撞以及传输协议四部分组成。
2工作流程阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被激活；射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去；系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理；主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。
3工作原理RFID技术的基本工作原理并不复杂：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive Tag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(Active Tag，有源标签或主动标签)；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。
一套完整的RFID系统, 是由阅读器(Reader)与电子标签(TAG)也就是所谓的应答器(Transponder)及应用软件系统三个部份所组成, 其工作原理是Reader 发射一特定频率的无线电波能量给Transponder, 用以驱动Transponder电路将内部的数据送出，此时Reader 便依序接收解读数据, 送给应用程序做相应的处理。
射频的概念
射频即Radio Frequency，通常缩写为RF。
表示可以辐射到空间的电磁频率，频率范围从300KHz～30GHz之间。
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10000次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。
有线电视系统就是采用射频传输方式。
在电子学理论中，电流流过导体，导体周围会形成磁场；交变电流通过导体，导体周围会形成交变的电磁场，称为电磁波。
在电磁波频率低于100khz时，电磁波会被地表吸收，不能形成有效的传输，但电磁波频率高于100khz时，电磁波可以在空气中传播，并经大气层外缘的电离层反射，形成远距离传输能力，我们把具有远距离传输能力的高频电磁波称为射频，射频技术在无线通信领域中被广泛使用。
射频常用计算单位简介绝对功率各种射频常用计算单位，是深入地理解射频概念的必备基础知识之一。
绝对功率的dB 表示射频信号的绝对功率常用dBm、dBW表示，它与mW、W的换算关系如下：例如信号功率为x W，利用dBm表示时其大小为：射频常用计算单位简介例如：1W等于30dBm，等于0dBW。
相对功率相对功率的dB表示射频信号的相对功率常用dB和dBc两种形式表示，其区别在于：dB是任意两个功率的比值的对数表示形式，而dBc是某一频点输出功率和载频输出功率的比值的对数表示形式。
天线和天线增益天线增益一般由dBi或dBd表示。
dBi是指天线相对于无方向天线的功率能量密度之比，dBd是指相对于半波振子Dipole 的功率能量密度之比，半波振子的增益为2.15dBi，因此0dBd=2.15dBi。
其他常用计算单位射频原理电阻：阻挡电流通过的物体或物质，从而把电能转化为热能或其它形式的能量，单位：欧姆，Ω电压：电位或电位差，单位：伏特，V电流：单位时间内通过电路上某一确定点的电荷数，单位：安培，A电感：线圈环绕着的东西，通常是导线，由于电磁感应的原因，线圈可产生电动势能，单位：亨利，H电容：一个充电的绝缘导电物体潜在具有的最大电荷率，单位：法拉，F射频术语知识1．功率/电平（dBm）：放大器的输出能力，一般单位为w、mw、dBm2．增益（dB）：即放大倍数，单位可表示为分贝（dB）。