RF知識詳細介紹課件

RF交流1精選2021版課件一電磁頻譜

頻帶號頻率范圍名稱備

注230Hz—300HzELF(極低頻)

30.3kHz—3kHzVF（話音頻率）通常意義上的音頻范圍為

0.3kHz---20kHz43kHz—30kHzVLF(甚低頻)

530kHz—300kHzLF(低頻)

60.3MHz---3MHzMF(中頻)

73MHz---30MHzHF(高頻)

830MHz---300MHzVHF(甚高頻)通常意義上的射頻范圍為30MHz-3GHz9300MHz—3GHzUHF(特高頻)103GHz-----30GHzSHF（超高頻）

1130GHz-----300GHzEHF(極高頻)

120.3THz----3THz紅外光

133THz—30THz紅外光

1430THz----300THz紅外光

150.3PHz-----3PHz可見光

163PHz------30PHz紫外光

1730PHz-----300PHzX射線

180.3EHz---3EHz伽馬射線

193Ehz------30EHz宇宙射線

1）全部電磁頻譜顯示了各種業(yè)務的大約位置；2）頻譜從次聲頻（幾赫茲）延伸到宇宙射線（10^22Hz）；3）頻譜進一步劃分成小組或頻帶，每個頻帶具有一個描述性的名稱和帶寬號；4）國際無線電咨詢委員會（CCIR）的頻率名稱如右表。2精選2021版課件極低頻（Extremelylowfrequencies）極低頻（ELF）是30Hz到300Hz范圍內(nèi)的信號，并包含交流配電信號（50Hz）和低頻遙測信號；話音頻率（Voicefrequencies）話音頻率（VF）是300Hz到3000Hz范圍內(nèi)的信號并包含通常與人類語音相關(guān)的頻率。標準電話信道帶寬為300Hz到3000Hz，通稱話音頻率或話音頻帶信道；甚低頻（VeryLowFrequencies）甚低頻（VLF）是3kHz到30kHz范圍內(nèi)的信號。它包括人類聽覺范圍的高端。VLF用于某些特殊的政府或軍事系統(tǒng)，比如潛艇通信。低頻（LowFrequencies）低頻（LF）是30kHz到300kHz范圍內(nèi)的信號，主要用于船舶和航空導航。中頻（Mediumfrequencies）中頻（MF）是300kHz到3MHz范圍內(nèi)的信號，主要用于商業(yè)AM無線電廣播（535kHz到1605kHz）。高頻(HighFrequencies)高頻（HF）是3MHz到30MHz范圍內(nèi)的信號，常稱為短波（shortwave）。大多數(shù)雙向無線電通信使用這個范圍，美國之音和自由歐洲無線廣播在HF頻帶內(nèi)。業(yè)余無線電和民用波段（CB）無線電也使用HF范圍內(nèi)的信號。3精選2021版課件甚高頻（Veryhighfrequencies）甚高頻（VHF）是30MHz到300MHz范圍內(nèi)的信號，常用于移動通信、船舶和航空通信、商業(yè)FM廣播（88MHz到108MHz）及頻道2-13（54MHz到216MHz）的商業(yè)電視廣播。特高頻（Ultrahighfrequencies）特高頻（UHF）是300MHz到3GHz范圍內(nèi)的信號，由商業(yè)電視廣播的頻道14-83、陸地移動通信業(yè)務、蜂窩電話、某些雷達和導航系統(tǒng)、微波及衛(wèi)星無線電系統(tǒng)所使用。一般說來，1GHz以上的頻率被認為是微波頻率，它包含UHF范圍的高端。超高頻（Superhighfrequencies）超高頻（SHF）是3GHz到30GHz范圍內(nèi)的信號，包括主要用于微波及衛(wèi)星無線電通信系統(tǒng)的頻率。極高頻（Extremelyhighfrequencies）極高頻（EHF）是30GHz到300GHz范圍內(nèi)的信號，除了十分復雜、昂貴及特殊的應用外，很少用于無線電通信。紅外（Infrared）紅外頻率是0.3T到300THz范圍內(nèi)的信號，通常不認為是無線電波。紅外歸入電磁輻射，通常與熱有關(guān)系。紅外信號常用于熱尋的制導系統(tǒng)、電子攝影及天文學?？梢姽猓╒isiblelight）可見光包括落入人類可見范圍（0.3PHz到3PHz）內(nèi)的電磁頻率。光波通信常與光纖系統(tǒng)一起使用，近年來它已成為電子通信系統(tǒng)的一種主要傳輸介質(zhì)。4精選2021版課件二、選用800MHz-900MHz做移動通信的歷史必然性20世紀60年代，貝爾實驗室為預研和規(guī)劃高級移動電話系統(tǒng)選用了800-900MHz頻率范圍。在這個較高頻率范圍內(nèi)工作的移動電話公認的優(yōu)點之一就是可提高頻譜利用能力。例如，在35MHz時，1%帶寬僅為350kHz；而在800MHz時，1%帶寬約為8MHz.另一個優(yōu)點是電路元件的尺寸可大為降低，實現(xiàn)小型化手持系統(tǒng)。但，對于移動電話應用來說，擴展到更高的范圍內(nèi)也有實際限制。主要考慮的是多徑衰落的嚴重程度隨信道頻率增高而大大增加。當高于10GHz的頻率時，除引起嚴重路徑損耗的其他原因外，降雨成為一個重要的衰減因素。由于這個原因，10GHz以上的頻率對于移動無線電話通信是不適用的。在實際應用中，頻率超過1GHz以上的移動通信，就必須充分考慮風云雨雪等氣候變化帶來的多徑衰落。5精選2021版課件三、射頻(RF)模擬電路與基帶(BB)模擬電路的實質(zhì)區(qū)別所在頻率越高，意味著電信號波長越小。應用于射頻電路，其波長可與分立的電路元件的幾何尺寸相比擬，電壓和電流不再保持空間不變，必須把它們看作是傳輸?shù)牟?。應用于基帶電路，因傳輸信號的波長遠大于分立的電路元件的尺寸，電壓和電流基本保持空間不變。一般情況下，當分立的電路元件的平均尺寸大于工作信號波長的十分之一時，必須以“射頻”的眼光來看待。6精選2021版課件四、CMU上常見幾個物理表征單位辨析：

dBm

dBm是一個考征功率絕對值的值，計算公式為：10lgP（功率值/1mw）。

[例1]如果發(fā)射功率P為1mw，折算為dBm后為0dBm。[例2]對于2W的功率，按dBm單位進行折算后的值應為：10lg（2W/1mw）=10lg（2000）=10lg2+10lg1000=33dBmdBdB是一個表征相對值的值，當考慮甲的功率相比于乙功率大或小多少個dB時，按下面計算公式：10lg（甲功率/乙功率）[例3]甲功率比乙功率大一倍，那么10lg（甲功率/乙功率）=10lg2=3dB。也就是說，甲的功率比乙的功率大3dB。[例4]通常我們使用GSM900射頻線損耗約為0.5dB。[例5]如果甲的功率為33dBm，乙的功率為27dBm，則可以說，甲比乙大6dB。dBc有時也會看到dBc，它也是一個表示功率相對值的單位，與dB的計算方法完全一樣。一般來說，dBc

是相對于載波（Carrier）功率而言，在許多情況下，用來度量與載波功率的相對值，如用來度量干擾（同頻干擾、互調(diào)干擾、交調(diào)干擾、帶外干擾等）以及耦合、雜散等的相對量值。在采用dBc的地方，原則上也可以使用dB替代。dBuV根據(jù)功率與電平之間的基本公式V^2=P*R，可知dBuV=90+dBm+10*log(R),R為電阻值。載PHS系統(tǒng)中正確應該是dBm=dBuv-107，因為其天饋阻抗為50歐。7精選2021版課件五、引入VSWR(VoltagestandingWaveRatio)的物理意義：沿PCB板上傳輸?shù)纳漕l信號必須看做“行進或反射”中的電磁波。電磁波在PCB板上傳播的路徑，一般統(tǒng)稱傳輸線。傳輸線上只有向前行進（入射到傳輸線上沒被反射）的電磁波，稱為行波。當入射到傳輸線上的電磁波完全被反射，傳輸線上沒有向前傳輸?shù)碾姶挪?，形成純駐波。由于傳輸線阻抗、介質(zhì)的不連續(xù)性等因素，入射到傳輸線上的電磁波必然有一小部分被反射回去形成駐波，而絕大部分向前傳輸形成行波，駐波比是聯(lián)系兩者關(guān)系的重要紐帶之一。通常傳輸線上既有向前傳輸?shù)牟ǎㄐ胁ǎ灿斜环瓷涞牟ǎv波），二者疊加的結(jié)果形成行駐波。從上面看問題的角度出發(fā)，駐波比定義為（行波的模值+駐波的模值）/（行波的模值-駐波的模值）。當傳輸線上沒有反射時，也就是駐波為0，這時駐波比為1。當傳輸線上電磁波完全被反射，這時入射的波（行波）等于反射的波（駐波），駐波比為無窮大。8精選2021版課件六、反射系數(shù)反射系數(shù)是表征行波和駐波之間關(guān)系的另外一個物理表示量。反射系數(shù)定義為反射的波（駐波）與入射的波（行波）的比。反射系數(shù)越大，駐波比也越大，二者是同比例關(guān)系。工程上，為了便于直觀使用，又引入了回波損耗（returnloss）的概念?；夭〒p耗的定義：反射系數(shù)的模值的倒數(shù)，然后再取對數(shù)，回波損耗的單位為dB。9精選2021版課件七、駐波比、反射系數(shù)、回波損耗之間的關(guān)系經(jīng)常會混淆這三個概念，或錯誤的使用它們。從數(shù)學角度上講，這三個概念量之間是可以換算的；從物理意義角度講，這三個概念出發(fā)點不同。駐波比是從行波和駐波形成的合成波（行駐波）的角度出發(fā)來闡釋自己的，從駐波比的數(shù)值可以直觀到傳輸線上合成波的最大值和最小值的比。反射系數(shù)是從能量得失的角度出發(fā)來闡釋自己的，從反射系數(shù)可直觀得到能量向前傳遞的情況?；夭〒p耗是從反射波（駐波）的出發(fā)來闡釋自己的，從回波損耗可直觀得到反射波的損耗情況。Forexample，假如反射系數(shù)為1/3，表示有(1/3)*(1/3)的能量，既入射能量1/9被反射掉；換算成駐波為2，表示合成波的最大值與最小值之比為2；在換算成回波損耗，為9.4dB。從反射系數(shù)衍生出另外一個物理量：插入損耗（InsertionLoss），插入損耗定義為向前傳輸?shù)墓β逝c入射到傳輸線上的功率之比，反射系數(shù)越小，插入損耗也就越小。10精選2021版課件八、實際使用的RFcable線VSWR情況分析：每條RF在出廠前，都有一個標定的插入損耗，例如：通常我們使用的RFcable線的插入損耗為GSM9000.5dB，DCS18000.9dB。若RFcable線使用時間過長材質(zhì)老化，或不恰當?shù)氖褂?，如?jīng)常扭曲，彎折造成傳輸線上的不連續(xù)點，cable線的插入損耗會變大，相應的反射系數(shù)和VSWR也會變大。如果你還用原來的loss設置來使用VSWR變大的線，校準出來的功率就會不準確。另一方面，cable線VSWR的增大，射頻PA的工作狀態(tài)也會受到一定程度的影響，同樣會導致校準出來的功率有偏差，不準確。從以上兩點可以看出，壞的射頻線不但導致loss設置不準確，同樣會影響PA工作狀態(tài)，兩者的疊加可能導致功率校準不確定的加劇。所以，你會看到，同一臺機器，使用不同的RFcable線，校準出來的scalingfactor有時會相差很大。解決辦法一：Insertionloss及VSWR過大的RFcable線就不要拿來做校準用。解決辦法二：如果實在要使用這樣的RFcable線，則必須借用“金機”，但“金機”也未必可靠！11精選2021版課件九、RF系統(tǒng)框圖（上行鏈路—發(fā)射機）：

載波信號GMSK調(diào)制器GMSK信號IQ調(diào)制器IQ信號TXVCO頻率合成器射頻已調(diào)射頻PA天線開關(guān)天線GMSK調(diào)制和IQ調(diào)制：GSM使用一種稱作0.3GMSK(高斯最小頻移鍵控)的數(shù)字調(diào)制方式。0.3表示高斯濾波器帶寬與比特率之比。GMSK是一種特殊的數(shù)字FM調(diào)制方式。給RF載波頻率加上或者減去67.708KHz表示1和0。使用兩個頻率表示1和0的調(diào)制技術(shù)記作FSK（頻移鍵控）。在GSM中，數(shù)據(jù)速率選為270.833kbit/sec，正好是RF頻率偏移的4倍，這樣作可以把調(diào)制頻譜降到最低并提高信道效率。比特率正好是頻率偏移4倍的FSK調(diào)制稱作MSK（最小頻移鍵控）。在GSM中，使用高斯預調(diào)制濾波器進一步減小調(diào)制頻譜。它可以降低頻率轉(zhuǎn)換速度，否則快速的頻率轉(zhuǎn)換將導致向相鄰信道輻射能量（開關(guān)譜）。0.3GMSK不是相位調(diào)制（也就是說不是像QPSK那樣由絕對相位狀態(tài)攜帶信息）。它是由頻率的偏移，或者說是相位的變化攜帶信息。GMSK可以通過I/Q圖表示。如果沒有高斯濾波器，當傳送一連串恒定的1時，MSK信號將保持在高于載波中心頻率67.708KHz的狀態(tài)。如果將載波中心頻率作為固定相位基準，67.708KHz的信號將導致相位的穩(wěn)步增加。相位將以每秒67,708次的速率進行360度旋轉(zhuǎn)。在一個比特周期內(nèi)(1/270.833KHz)，相位將在I/Q圖中移動四分之一圓周、即90度的位置。數(shù)據(jù)1可以看作相位增加90度。兩個1使相位增加180度，三個1是270度，依此類推。數(shù)據(jù)0表示在相反方向上相同的相位變化。IQ信號為通常四路，I路兩信號差分，Q路兩信號差分，I、Q兩路信號正交；通過IQ調(diào)制，可極大提高系統(tǒng)的抗干擾能力。12精選2021版課件針對上行的發(fā)射鏈路，三個頻率區(qū)域的性能是十分關(guān)鍵的：信道內(nèi)、信道外和頻帶外。

信道內(nèi)測試確定用戶感覺到的鏈路質(zhì)量。測試包括：相位誤差和平均頻率誤差平均發(fā)射RF載波功率發(fā)射RF載波功率隨時間的變化信道外測試確定用戶給其他GSM用戶帶來多少干擾，包括：調(diào)制和寬帶噪聲頻譜切換頻譜Tx和Rx帶內(nèi)雜散信號帶外測試確定用戶給無線電頻譜的非GSM用戶（如軍事、公安、航空等）帶來了多少干擾。所有其他的雜散信號（諧波、寬帶信號等等）都包含在這一項里。

13精選2021版課件相位誤差與頻率誤差相位誤差是GSM中用來表示調(diào)制精確度的參數(shù)之一。相位誤差較大通常表示發(fā)射機電路中的I/Q基帶發(fā)生器、濾波器、調(diào)制器或者放大器存在問題。頻率誤差表示頻率合成器或鎖相環(huán)的性能不夠好（例如，在兩次發(fā)射信號之間頻率切換時合成器不能夠很快的穩(wěn)定下來）。在GSM系統(tǒng)中，糟糕的頻率誤差可能使目標接收機不能鎖定發(fā)射信號，同時發(fā)射機也可能給其他用戶造成干擾。為了測量相位和頻率誤差，可以用一個測試裝置對被測設備的發(fā)射輸出信號進行采樣來獲得實際的相位軌跡。對采樣信號解調(diào)然后以數(shù)學方法得到理想的相位軌跡。從一個軌跡減去另一個軌跡得到誤差信號。這個信號的平均斜率（相位/時間）就是頻率誤差。信號的變化就是相位誤差，用均方根（rms）和峰值表示。下圖所示即為此測試過程：14精選2021版課件平均發(fā)射輸出功率GSM系統(tǒng)使用動態(tài)功率控制確保每一個鏈路具有足夠并且是最小的功率。這樣可以使整個系統(tǒng)的干擾保持最小。對于MS來說，可以最大限度地延長電池的壽命。超出規(guī)范的功率測量結(jié)果通常表示功率放大器電路、校準表格或者供電電源有問題。GSM平均輸出功率是在GSM突發(fā)脈沖的有用部分測量的。進行測量的時候，GSM測試設備通過解調(diào)輸入信號獲得正確的參考時序，并控制選通GSM突發(fā)脈沖的有用部分。

發(fā)射RF載波功率隨時間的變化在GSM系統(tǒng)中，發(fā)射機必須按照TDMA時序結(jié)構(gòu)快速變化發(fā)射功率以避免對相鄰時隙造成干擾。如果發(fā)射機開啟太慢，突發(fā)脈沖最開始的數(shù)據(jù)就可能丟失，降低了鏈路的質(zhì)量；如果關(guān)閉得太慢，TDMA幀中下一個時隙的用戶將受到干擾。因此，這個指標涉及的測試就是根據(jù)規(guī)定的功率變化模式評估載波功率在時域內(nèi)的變化，同時還可以證實發(fā)射機的關(guān)閉是完好的。如果發(fā)射機沒有通過發(fā)射RF載波功率隨時間變化關(guān)系的測試，通常說明PA單元或者功率控制環(huán)路存在問題。

15精選2021版課件鄰信道功率(ACP)ACP由兩個指標定義：調(diào)制和寬帶噪聲頻譜切換頻譜這兩個測量指標通常一起被稱作“輸出RF頻譜”（ORFS）。調(diào)制與寬帶噪聲頻譜發(fā)射機中的調(diào)制過程使連續(xù)載波發(fā)生頻譜擴展?！罢{(diào)制和寬帶噪聲頻譜”測量指標用來保證調(diào)制過程不會造成過量的頻譜擴展，因為這將對相鄰信道用戶造成干擾。將分析儀調(diào)諧到要進行測試的頻率，然后在調(diào)制突發(fā)脈沖的部分時間里進行時域選通。用這種方式測量功率，然后分析儀重新調(diào)諧到下一個頻率或者欲測量的頻率偏移。持續(xù)這一過程直到所有頻偏下的功率都被測量并與允許的限度進行對比。這樣作的結(jié)果是得到了一組功率隨頻率變化的點，也就是信號的頻譜。然而，由于信號的跳變部分不在選通范圍之內(nèi)，因此沒有突發(fā)效果產(chǎn)生的頻譜成分。測量結(jié)果的限制以dBc表示，所以測量的第一步是讀取發(fā)射機調(diào)諧的中心頻率。切換頻譜GSM發(fā)射機RF功率變化非常快。之前描述的“發(fā)射RF載波功率隨時間變化關(guān)系”測試指標確保功率的變化能夠在正確的時間里并且足夠快的發(fā)生。然而，如果RF功率變化得太快，發(fā)射信號中就會產(chǎn)生不希望出現(xiàn)的頻譜成分。本測量指標就是用來確保這些成分能夠保持在可接受的水平之下。為進行切換頻譜測量，分析儀在零檔模式下調(diào)諧到多個偏移頻率進行測量。本測量中不在時域進行選通控制。16精選2021版課件十、RF系統(tǒng)框圖（下行鏈路）：

天線天線開關(guān)SAWfilter頻率合成器LNAIQdemodulatorGMSKdemodulatorPLL17精選2021版課件靈敏度靈敏度是接收機性能的基本度量。它規(guī)范了在給定的解調(diào)信息錯誤百分比下最小的接收信號電平。所有接收機測量得到的結(jié)果都是BER（誤比特率）或者其他與之有關(guān)的值。

同信道抑制大多數(shù)接收機都要求信道內(nèi)存在干擾信號時能夠維持規(guī)定的BER。對于GSM系統(tǒng)，這一參數(shù)的測量如下：存在衰落和GMSK調(diào)制干擾，同信道測試，信號大于靈敏度20dB。

數(shù)字調(diào)制信號功率設為高于接收機靈敏度20dB，頻率位于接收機通帶中心，存在GMSK調(diào)制干擾（在相同的頻率）和經(jīng)過衰落的特征。將此混合信號注入接收機的天線端。將干擾信號功率設置為使接收機的BER不超過接收機靈敏度規(guī)范的額定值。兩個信號的功率之差就是干擾比例。

接收機阻塞這個參數(shù)是接收機信道外測試參數(shù)之一。阻塞測試證明接收機在存在信道外信號時能夠正常工作并監(jiān)視接收機受內(nèi)部產(chǎn)生的雜散響應影響的程度。接收機阻塞性能體現(xiàn)在三個關(guān)鍵的測試內(nèi)容上：雜散干擾抵抗性互調(diào)失真鄰信道選擇性18精選2021版課件十一、MTK平臺RF電路介紹19精選2021版課件射頻單元電路介紹-T