RF射频知识详细介绍课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,RF交流,,,,,一 电磁频谱,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,频带号,,频率范围,,名称,,备,,注,,2,,30Hz—300Hz,,ELF(,极低频,),,,,3,,0.3kHz— 3kHz,,VF,（话音频率）,,通常意义上的音频范围为,0.3kHz---20kHz,,4,,3kHz—30kHz,,VLF(,甚低频,),,,,5,,30kHz—300kHz,,LF(,低频,),,,,6,,0.3MHz---3MHz,,MF(,中频,),,,,7,,3MHz---30MHz,,HF(,高频,),,,,8,,30MHz---300MHz,,VHF(,甚高频,),,通常意义上的射频范围为,30MHz-3GHz,,9,,300MHz—3GHz,,UHF(,特高频,),,10,,3GHz-----30GHz,,SHF,（超高频）,,,,11,,30GHz-----300GHz,,EHF(,极高频,),,,,12,,0.3THz----3THz,,红外光,,,,13,,3THz—30THz,,红外光,,,,14,,30THz----300THz,,红外光,,,,15,,0.3PHz-----3PHz,,可见光,,,,16,,3PHz------30PHz,,紫外光,,,,17,,30PHz-----300PHz,,X,射线,,,,18,,0.3EHz---3EHz,,伽马射线,,,,19,,3Ehz------30EHz,,宇宙射线,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1）全部电磁频谱显示了各种业务的大约位置；,,2）频谱从次声频（几赫兹）延伸到宇宙射线（10^22Hz）；,,3）频谱进一步划分成小组或频带，每个频带具有一个描述性的名称和带宽号；,,4）国际无线电咨询委员会（CCIR）的频率名称如右表。

极低频（Extremely low frequencies） 极低频（ELF）是30Hz到300Hz范围内的信号，并包含交流配电信号（50Hz）和低频遥测信号；,,话音频率（Voice frequencies） 话音频率（VF）是300Hz到3000Hz范围内的信号并包含通常与人类语音相关的频率标准信道带宽为300Hz到3000Hz，通称话音频率或话音频带信道；,,甚低频（Very Low Frequencies） 甚低频（VLF）是3kHz到30kHz范围内的信号它包括人类听觉范围的高端VLF用于某些特殊的政府或军事系统，比如潜艇通信低频（Low Frequencies） 低频（LF）是30kHz到300kHz范围内的信号，主要用于船舶和航空导航中频（Medium frequencies） 中频（MF）是300kHz到3MHz范围内的信号，主要用于商业AM无线电广播（535kHz到1605kHz）高频(High Frequencies) 高频（HF）是3MHz到30MHz范围内的信号，常称为短波（short wave）大多数双向无线电通信使用这个范围，美国之音和自由欧洲无线广播在HF频带内。

业余无线电和民用波段（CB）无线电也使用HF范围内的信号甚高频（Very high frequencies） 甚高频（VHF）是30MHz到300MHz范围内的信号，常用于移动通信、船舶和航空通信、商业FM广播（88MHz到108MHz）及频道2-13（54MHz到216MHz）的商业电视广播特高频（Ultrahigh frequencies） 特高频（UHF）是300MHz到3GHz范围内的信号，由商业电视广播的频道14-83、陆地移动通信业务、蜂窝、某些雷达和导航系统、微波及卫星无线电系统所使用一般说来，1GHz以上的频率被认为是微波频率，它包含UHF范围的高端超高频（Superhigh frequencies）超高频（SHF）是3GHz到30GHz范围内的信号，包括主要用于微波及卫星无线电通信系统的频率极高频（Extremely high frequencies）极高频（EHF）是30GHz到300GHz范围内的信号，除了十分复杂、昂贵及特殊的应用外，很少用于无线电通信红外（Infrared） 红外频率是0.3T到300THz范围内的信号，通常不认为是无线电波红外归入电磁辐射，通常与热有关系。

红外信号常用于热寻的制导系统、电子摄影及天文学可见光（Visible light） 可见光包括落入人类可见范围（0.3PHz到3PHz）内的电磁频率光波通信常与光纤系统一起使用，近年来它已成为电子通信系统的一种主要传输介质二、选用800MHz-900MHz做移动通信的历史必然性,,20世纪60年代，贝尔实验室为预研和规划高级移动系统选用了800-900MHz频率范围在这个较高频率范围内工作的移动公认的优点之一就是可提高频谱利用能力例如，在35MHz时，1%带宽仅为350kHz；而在800MHz时，1%带宽约为8MHz.,,另一个优点是电路元件的尺寸可大为降低，实现小型化手持系统但，对于移动应用来说，扩展到更高的范围内也有实际限制主要考虑的是多径衰落的严重程度随信道频率增高而大大增加当高于10GHz的频率时，除引起严重路径损耗的其他原因外，降雨成为一个重要的衰减因素由于这个原因，10GHz以上的频率对于移动无线通信是不适用的在实际应用中，频率超过1GHz以上的移动通信，就必须充分考虑风云雨雪等气候变化带来的多径衰落三、射频(RF)模拟电路与基带(BB)模拟电路的实质区别所在,,,频率越高，意味着电信号波长越小。

应用于射频电路，其波长可与分立的电路元件的几何尺寸相比拟，电压和电流不再保持空间不变，必须把它们看作是传输的波应用于基带电路，因传输信号的波长远大于分立的电路元件的尺寸，电压和电流基本保持空间不变一般情况下，当分立的电路元件的平均尺寸大于工作信号波长的十分之一时，必须以“射频”的眼光来看待,四、CMU上常见几个物理表征单位辨析,：,,,dBm,,dBm是一个考征功率绝对值的值，计算公式为：10lgP（功率值/1mw）[例1] 如果发射功率P为1mw，折算为dBm后为0dBm[例2] 对于2W的功率，按dBm单位进行折算后的值应为：,,10lg（2W/1mw）=10lg（2000）=10lg2+10lg1000=33dBm,,dB,,dB是一个表征相对值的值，当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时，按下面计算公式：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也就是说，甲的功率比乙的功率大3 dB[例4] 通常我们使用GSM900射频线损耗约为0.5dB[例5] 如果甲的功率为33dBm，乙的功率为27dBm，则可以说，甲比乙大6 dB。

dBc,,有时也会看到dBc，它也是一个表示功率相对值的单位，与dB的计算方法完全一样一般来说，dBc 是相对于载波（Carrier）功率而言，在许多情况下，用来度量与载波功率的相对值，如用来度量干扰（同频干扰、互调干扰、交调干扰、带外干扰等）以及耦合、杂散等的相对量值 在采用dBc的地方，原则上也可以使用dB替代dBuV,,根据功率与电平之间的基本公式V^2=P*R，可知 dBuV=90+dBm+10*log(R),R为电阻值载PHS系统中正确应该是dBm=dBuv-107，因为其天馈阻抗为50欧五、引入VSWR(Voltage standing Wave Ratio)的物理意义：,,,沿PCB板上传输的射频信号必须看做“行进或反射”中的电磁波电磁波在PCB板上传播的路径，一般统称,传输线传输线上只有向前行进（入射到传输线上没被反射）的电磁波，称为,行波当入射到传输线上的电磁波完全被反射，传输线上没有向前传输的电磁波，形成纯,驻波由于传输线阻抗、介质的不连续性等因素，入射到传输线上的电磁波必然有一小部分被反射回去形成,驻波,，而绝大部分向前传输形成,行波,，,驻波比,是联系两者关系的重要纽带之一。

通常传输线上既有向前传输的波（,行波,），也有被反射的波（,驻波,），二者叠加的结果形成,行驻波,从上面看问题的角度出发，,驻波比,定义为,（行波的模值+驻波的模值）/（行波的模值-驻波的模值）当传输线上没有反射时，也就是,驻波为0,，这时,驻波比,为1当传输线上电磁波完全被反射，这时入射的波（,行波,）等于反射的波（,驻波,），,驻波比,为无穷大,六、反射系数,,,,反射系数是表征,行波,和,驻波,之间关系的另外一个物理表示量反射系数定义为反射的波（,驻波,）与入射的波（,行波,）的比反射系数,越大，,驻波比,也越大，二者是同比例关系工程上，为了便于直观使用，又引入了,回波损耗（return loss）,的概念回波损耗,的定义：反射系数的模值的倒数，然后再取对数，回波损耗的单位为dB七、驻波比、反射系数、回波损耗之间的关系,,,经常会混淆这三个概念，或错误的使用它们从数学角度上讲，这三个概念量之间是可以换算的；从物理意义角度讲，这三个概念出发点不同驻波比是,从行波和驻波形成的合成波（,行驻波,）的角度出发来阐释自己的，从驻波比的数值可以直观到传输线上合成波的最大值和最小值的比反射系数,是从能量得失的角度出发来阐释自己的,，,从反射系数可直观得到能量向前传递的情况。

回波损耗,是从反射波（驻波）的 出发来阐释自己的，从回波损耗可直观得到反射波的损耗情况For example，,假如反射系数为1/3，表示有(1/3)*(1/3)的能量，既入射能量1/9被反射掉；换算成驻波为2，表示合成波的最大值与最小值之比为2；在换算成回波损耗，为9.4dB从,反射系数,衍生出另外一个物理量：,插入损耗,（Insertion Loss），,插入损耗,定义为,向前传输的功率,与,入射到传输线上的功率,之比，反射系数越小，插入损耗也就越小八、实际使用的RF cable线VSWR情况分析：,,,每条RF在出厂前，都有一个标定的插入损耗，例如：通常我们使用的RF cable线的插入损耗为GSM900 0.5dB，DCS1800 0.9dB若RF cable线使用时间过长材质老化，或不恰当的使用，如经常扭曲，弯折造成传输线上的不连续点，cable线的插入损耗会变大，相应的反射系数和VSWR也会变大如果你还用原来的loss设置来使用VSWR变大的线，,校准出来的功率就会不准确另一方面，cable线VSWR的增大，射频PA的工作状态也会受到一定程度的影响，,同样会导致校准出来的功率有偏差，不准确。

从以上两点可以看出，坏的射频线不但导致loss设置不准确，同样会影响PA工作状态，两者的叠加可能导致,功率校准不确定,的加剧所以，你会看到，同一台机器，使用不同的RF cable线，校准出来的scaling factor有时会相差很大解决办法一：Insertion loss及VSWR过大的RF cable线就不要拿来做校准用解决办法二：如果实在要使用这样的RF cable线，则必须借用“金机”，但“金机”也未必可靠！,,,,,九、,RF,系统框图（上行链路—发射机）：,,载,,波,,信号,GMSK调制器,GMSK,,信号,IQ调制器,IQ,,信号,TX VCO,,,,频率,,合成,,器,,,,射,,频,,已,,调,射频PA,天线开关,天线,GMSK调制和IQ调制：,,GSM使用一种称作0.3GMSK(高斯最小频移键控)的数字调制方式0.3表示高斯滤波器带宽与比特率之比GMSK是一种特殊的数字FM调制方式给RF载波频率加上或者减去67.708KHz表示1和0使用两个频率表示1和0的调制技术记作FSK（频移键控）在GSM中，数据速率选为270.833kbit/sec，正好是RF频率偏移的4倍，这样作可以把调制频谱降到最低并提高信道效率。

比特率正好是频率偏移4倍的FSK调制称作MSK（最小频移键控）在GSM中，使用高斯预调制滤波器进一步减小调制频谱它可以降低频率转换速度，否则快速的频率转换将导致向相邻信道辐射能量（开关谱）0.3GMSK不是相位调制（也就是说不是像QPSK那样由绝对相位状态携带信息）它是由频率的偏移，或者说是相位的变化携带信息GMSK可以通过I/Q图表示如果没有高斯滤波器，当传送一连串恒定的1时，MSK信号将保持在高于载波中心频率67.708KHz的状态如果将载波中心频率作为固定相位基准，67.708KHz的信号将导致相位的稳步增加相位将以每秒67,708次的速率进行360度旋转在一个比特周期内(1/270.833KHz)，相位将在I/Q图中移动四分之一圆周、即90度的位置数据1可以看作相位增加90度两个1使相位增加180度，三个1是270度，依此类推数据0表示在相反方向上相同的相位变化IQ信号为通常四路，I路两信号差分，Q路两信号差分，I、Q两路信号正交；通过IQ调制，可极大提高系统的抗干扰能力针对上行的发射链路，三个频率区域的性能是十分关键的：信道内、信道外和频带外信道内测试确定用户感觉到的链路质量。

测试包括：,,相位误差和平均频率误差,,平均发射RF载波功率,,发射RF载波功率随时间的变化,,信道外测试确定用户给其他GSM用户带来多少干扰，包括：,,调制和宽带噪声频谱,,切换频谱,,Tx和Rx带内杂散信号,,带外测试确定用户给无线电频谱的非GSM用户（如军事、公安、航空等）带来了多少干扰所有其他的杂散信号（谐波、宽带信号等等）都包含在这一项里相位误差与频率误差,,相位误差是GSM中用来表示调制精确度的参数之一相位误差较大通常表示发射机电路中的I/Q基带发生器、滤波器、调制器或者放大器存在问题频率误差表示频率合成器或锁相环的性能不够好（例如，在两次发射信号之间频率切换时合成器不能够很快的稳定下来）在GSM系统中，糟糕的频率误差可能使目标接收机不能锁定发射信号，同时发射机也可能给其他用户造成干扰为了测量相位和频率误差，可以用一个测试装置对被测设备的发射输出信号进行采样来获得实际的相位轨迹对采样信号解调然后以数学方法得到理想的相位轨迹从一个轨迹减去另一个轨迹得到误差信号这个信号的平均斜率（相位/时间）就是频率误差信号的变化就是相位误差，用均方根（rms）和峰值表示下图所示即为此测试过程：,,,平均发射输出功率,,,GSM系统使用动态功率控制确保每一个链路具有足够并且是最小的功率。

这样可以使整个系统的干扰保持最小对于MS来说，可以最大限度地延长电池的寿命超出规范的功率测量结果通常表示功率放大器电路、校准表格或者供电电源有问题GSM平均输出功率是在GSM突发脉冲的有用部分测量的进行测量的时候，GSM测试设备通过解调输入信号获得正确的参考时序，并控制选通GSM突发脉冲的有用部分发射RF载波功率随时间的变化,,,在GSM系统中，发射机必须按照TDMA时序结构快速变化发射功率以避免对相邻时隙造成干扰如果发射机开启太慢，突发脉冲最开始的数据就可能丢失，降低了链路的质量；如果关闭得太慢，TDMA帧中下一个时隙的用户将受到干扰因此，这个指标涉及的测试就是根据规定的功率变化模式评估载波功率在时域内的变化，同时还可以证实发射机的关闭是完好的如果发射机没有通过发射,RF,载波功率随时间变化关系的测试，通常说明,PA,单元或者功率控制环路存在问题邻信道功率(ACP),,ACP由两个指标定义：,,调制和宽带噪声频谱,,切换频谱,,这两个测量指标通常一起被称作“输出RF频谱”（ORFS）调制与宽带噪声频谱,,发射机中的调制过程使连续载波发生频谱扩展调制和宽带噪声频谱”测量指标用来保证调制过程不会造成过量的频谱扩展，因为这将对相邻信道用户造成干扰。

将分析仪调谐到要进行测试的频率，然后在调制突发脉冲的部分时间里进行时域选通用这种方式测量功率，然后分析仪重新调谐到下一个频率或者欲测量的频率偏移持续这一过程直到所有频偏下的功率都被测量并与允许的限度进行对比这样作的结果是得到了一组功率随频率变化的点，也就是信号的频谱然而，由于信号的跳变部分不在选通范围之内，因此没有突发效果产生的频谱成分测量结果的限制以dBc表示，所以测量的第一步是读取发射机调谐的中心频率切换频谱,,GSM发射机RF功率变化非常快之前描述的“发射RF载波功率随时间变化关系”测试指标确保功率的变化能够在正确的时间里并且足够快的发生然而，如果RF功率变化得太快，发射信号中就会产生不希望出现的频谱成分本测量指标就是用来确保这些成分能够保持在可接受的水平之下为进行切换频谱测量，分析仪在零档模式下调谐到多个偏移频率进行测量本测量中不在时域进行选通控制十、,RF,系统框图（下行链路）：,,天线,天线开关,SAW filter,,,,频率,,合成,,器,,,,LNA,IQ demodulator,GMSK demodulator,,,,PLL,,,,,灵敏度,,灵敏度是接收机性能的基本度量。

它规范了在给定的解调信息错误百分比下最小的接收信号电平所有接收机测量得到的结果都是BER（误比特率）或者其他与之有关的值同信道抑制,,大多数接收机都要求信道内存在干扰信号时能够维持规定的BER对于GSM系统，这一参数的测量如下：,,存在衰落和GMSK调制干扰，同信道测试，信号大于灵敏度20dB数字调制信号功率设为高于接收机灵敏度20dB，频率位于接收机通带中心，存在GMSK调制干扰（在相同的频率）和经过衰落的特征将此混合信号注入接收机的天线端将干扰信号功率设置为使接收机的BER不超过接收机灵敏度规范的额定值两个信号的功率之差就是干扰比例接收机阻塞,,这个参数是接收机信道外测试参数之一阻塞测试证明接收机在存在信道外信号时能够正常工作并监视接收机受内部产生的杂散响应影响的程度接收机阻塞性能体现在三个关键的测试内容上：,,杂散干扰抵抗性,,互调失真,,邻信道选择性,,,十一、MTK平台RF电路介绍,,射频单元电路介绍-Transceiver:,,,,Transceiver为MTK的MT6129,特点如下:,,MT6129提供了GSM850/GSM900/1800MHz/1900MHz四频段的收发通道，包括接收电路、发射电路、频率合成电路、RX和TX VCO以及相应的控制电路。

工作电压：3.1V~4.6V,,耗电流：,,RX 模式: 68mA(typ),,TX,模式：,116mA(GSM),110(DCS)(typ),,,Warm_up模式：33mA(typ),,Idle模式：30uA(typ),,工作温度：-20℃~ 80℃,,,MT6129结构图:,,射频功率放大单元介绍:,,射频PA为RFMD公司的RF3146,特点如下:,,采用集电极电压控制,,工作电压：3.1V~4.6V,,最大功率输出：GSM为35dBm，DCS为33dBm（电压3.5V时）,,效率：GSM为60%，DCS为55%,,VRAMP：0.4~2V,,工作温度：-20℃~ 85℃,,封装尺寸:7mm*7mm,,RF3146结构图:,,天线开关单元电路介绍:,,,利用天线开关实现收发转换接受信号从天线进入，输出到SAW；发射信号从PA过来，输出到天线控制电压：低0.2V，高2.4~2.8V,,最大输入功率：天线端为20mW，TX1为4W，TX2为3W,,开关速度：5usec,,耗电流：,,RX,模式：,0.1mA(max),,TX,模式：,10mA (max),,工作温度：,-30℃~ 85℃,,,天线开关结构图:,,声表面滤波器(SAW Filter)单元介绍:,,,采用SAW Fiter对天线开关接收来的射频信号进行带通滤波，输出到Transceiver,,带宽：GSM频段的SAW Filter为为35MHz，DCS频段的为75MHz,,最大输入功率：15dBm,,工作温度：-25℃~ 85℃（B7820），-20℃~ 85℃（B7821）,,,声表面滤波器结构图:,,,。