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射频基础知识培训教材

射频基础知识培训

1、无线通信基本概念

利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息的通信方式称之为无线电通信（WirelessCommunication），也称之为无线通信。

利用无线通信可以传送电报、、传真、数据、图像以及广播和电视节目等通信业务。

目前无线通信使用的频率从超长波波段到亚毫米波段（包括亚毫米波以下），以至光波。

无线通信使用的频率围和波段见下表1-1

表1-1无线通信使用的电磁波的频率围和波段

频段名称

频率围

波段名称

波长围

应用

极低频（ELF）

3-30Hz

极长波

100-10Mm（108~107m）

导航、固定业务、频率标准。

超低频（SLF）

30-300Hz

超长波

10-1Mm（107~106m）

导航、固定业务

特低频（ULF）

300-3000Hz

特长波

1000-100Km（106~105m）

海岸潜艇通信；　越洋通信；　船用通信

甚低频（VLF）

3-30kHz

甚长波

100-10Km（105~104m）

低频（LF）

30-300kHz

长波

10-1Km（104~103m）

导航、广播、固定业务、移动业务

中频（MF）

300-3000kHz

中波

1000-100m（103~102m）

高频（HF）

3-30MHz

短波

100-10m（102~10m）

甚高频（VHF）

30-300MHz

超短波

（米波）

10-1m

特高频（UHF）

300-3000MHz

微波

分米波

1-0.1m（1~10-1m）

超高频（SHF）

3-30GHz

厘米波

10-1cm（10-1~10-2m）

极高频（EHF）

30-300GHz

毫米波

10-1mm（10-2~10-3m）

至高频（THF）

300-3000GHz

亚毫米波

1-0.1mm（10-3~10-4m）

光波

3*10-3~3*10-5mm

（3*10-6~3*10-8m））

由于种种原因，在一些欧、美、日等西方国家常常把部分微波波段分为L、S、C、X、Ku、K、Ka等波段（或称子波段），具体如表1-2所示

表1-2无线通信使用的电磁波的频率围和波段

波段代号

频率围

波长围

应用

L

1~2GHz

30~15cm

S

2~4GHz

15~7.5cm

C

4~8GHz

7.5~3.75cm

X

8~13GHz

3.75~2.31cm

Ku

13~18GHz

2.31~1.67cm

K

18~28GHz

1.67~1.07cm

Ka

28~40GHz

1.07~0.75cm

无线通信中的电磁波按照其波长的不同具有不同的传播特点，下面按波长分述如下：

1.1极长波（极低频ELF）传播

极长波是指波长为1~10万公里（频率为3~30Hz）的电磁波。

理论研究表明，这一波段的电磁波沿陆地表面和海水中传播的衰耗极小。

1.2超长波（超低频SLF）传播

超长波是指波长1千公里至1万公里（频率为30~300Hz）的电磁波。

这一波段的电磁波传播十分稳定，在海水中衰耗很小（频率为75Hz时衰耗系数为0.3dB/m）对海水穿透能力很强，可深达100m以上。

1.3甚长波（甚低频VLF）传播

甚长波是指波长10公里~100公里（频率为3~30kHz）的电磁波。

无线通信中使用的甚长波的频率为10~30kHz，该波段的电磁波可在与低层的电离层间形成的波导中进行传播，距离可达数千公里乃至覆盖全球。

1.4长波（低频LF）传播

长波是指波长1公里~10公里（频率为30~300kHz）的电磁波。

其可沿地表面传播（地波）和靠电离层反射传播（天波）。

1.5中波（中频MF）传播

中波是指波长100米~1000米（频率为300~3000kHz）的电磁波。

中波可沿地表面传播（地波）和靠电离层反射传播（天波）。

中波沿地表面传播时，受地表面的吸收较长波严重。

中波的天波传播与昼夜变化有关。

1.6短波（高频HF）传播

短波是指波长为10米~100米（频率为3~30MHz）的电磁波。

短波可沿地表面传播（地波），沿空间以直接或绕射方式传播（空间波）和靠电离层反射传播（天波）。

1.7超短波（甚高频VHF）传播

超短波是指波长为1米~10米（频率为30~300MHz）的电磁波。

超短波难以靠地波和天波传播，而主要以直射方式（即所谓的“视距”方式）传播。

1.8微波传播

●微波是指波长小于1米（频率高于300MHz）的电磁波。

目前又按其波长的不同，分为分米波（特高频UHF）、厘米波（超高频SHF）、毫米波（极高频EHF）和亚毫米波（至高频THF）。

●微波的传播类似于光波的传播，是一种视距传播。

其主要在对流层进行。

总的说来，这种传播方式比较稳定，但其传播也受到大气折射和地面反射的影响。

另外，对流层中的大气湍流气团对微波有散射作用。

利用这种散射作用可实现微波的超视距传播。

●WCDMA工作频段：

上行1920～1980MHz，下行2110～2170MHz，属于微波波段，其电磁波传播方式为微波传播。

●CDMA工作频段：

825MHz—835MHz（上行，基站收、移动台发）

870MHz—880MHz（下行，基站发、移动台收）

●GSM工作频段:

905MHz—915MHz（上行，基站收、移动台发）

950MHz—960MHz（下行，基站发、移动台收）

1710MHz—1785MHz（上行，基站收、移动台发）

1805MHz—1880MHz（下行，基站发、移动台收）

●3G频率规划的基础上，我国为中国电信cdma2000分配的频率是1920～1935MHz（上行）/2110～2125MHz（下行），共15MHz×2；为中国联通WCDMA分配的频率是1940～1955MHz（上行）/2130～2145MHz（下行），共15MHz×2；为中国移动TD-SCDMA分配的频率是1800～1900MHz以及2110～2025MHz，共35MHz。

2、射频常用计算单位

2.1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xW，利用dBm表示时其大小为：

例如：

1W等于30dBm，等于0dBW。

一般来说，我们习惯上还是用“W”和“dBm”来表示功率

2.2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。

一般来说，我们说放大链路的增益可以用“dB”来表示。

对于信号的谐波和杂波来说，可以用“dBc”来表示。

3、射频器件简介

射频简单系统介绍

一般来说，对于如图所示射频系统来说，用到的射频器件从大的分类来说，有主动器件和被动器件，主动器件一般来说，是需要提供电源的期间，被动器件，一般为无源器件。

就上图来说，用到的器件有滤波器、混频器、射频开关、放大电路等。

其中的滤波器和混频器为被动电路，射频开关和放大电路为主动电路。

1、射频接插件

MMCX系列

MMCX1112A1

MMCX1121A1

MMCX6251S1

MCX系列

MCX1112

MCX1181A1

MCX6121A1

SMA系列

SMA1111A1

SMA1112A6

SMA1181A1

SMA6181A2

SMA6251A1

SMA6252A2

SMA6411A4

SMA6511A4

SMA6551E1

SMA8073A1

SMA9073A1

SMA6351B1

SMB系列

SMB1251B1

SMB1252B1

SMB1351B1

SMB6112A1

SMB6121A1

SMB6251B1

BNC系列

B1121A1

B6251C1

B6251F1

B7471A1

B7771B3

B9073A1

TNC系列

T1121A1

T1181A1

T6351B1

N系列

N1112A1

N1121A1

N1141A1

N1181A1

N2071A1

N5072A1

N6421A1

N6521A1

N6551A1

N7471A1

另外还有，1.0/2.3、1.6/5.6、7/16等类型接头。

2、射频滤波器

滤波器是电子系统中关键部件，用来完成频率选择功能，在航空轰天、雷达、电子对抗、遥感遥测、微波通讯、移动通讯及广播电视等军民用电子设备中广泛运用。

射频滤波器通常按滤波器的特性及作用可分为：

低通滤波器（LPF）、带通滤波器（BPF）、高通滤波器（HPF）、带阻滤波器。

射频滤波器通常按组成材料可以分为以下几种：

LC滤波器、声表滤波器、晶体滤波器、腔体滤波器、介质滤波器、悬置带线滤波器、同轴管状滤波器及电调滤波器。

2.1滤波器主要参数：

2.1.1中心频率f0：

给定相对最小插入损耗值（比如-3dB）对应两个截止频率的几何平均值。

2.1.2通带带宽（x）dB：

给定相对最小插入损耗值的两个截止频率的间隔，及从上限频率到下限频率的差值，常用1dB带宽和3dB带宽表示。

2.1.3插入损耗：

信号通过滤波器的衰减。

2.1.4带波动：

通带的插入损耗随频率变化最大与最小的差值。

2.1.5驻波比：

衡量滤波器通带信号是否良好匹配传输的一项重要指标。

理想值为1，适配时大于1，对于实际的滤波器而言，满足驻波比小于1.5：

1的贷款一般小于-3dB带宽，其中-3dB带宽的比例与滤波器的级数和插损有关。

2.1.6回波损耗：

端口信号输入功率与反射功率之比的分贝值。

2.1.7阻带抑制度：

衡量滤波器选择性能好坏的重要指标，指标越高说明对带外干扰信号的抑制越好。

通常要求为某一给定的带我频率f的抑制度是多少dB。

SAW滤波器：

LC滤波器

腔体滤波器

3环形器及隔离器

隔离器和环形器的突出特点是单向传输微波能量。

隔离器使微波能量只能从输入端流进，从输出端流出。

环形器则控制电磁波燕某一环形防线传输。

这种单向传输微波能量的特性，用于微波设备的级与级、级与系统之间，就是他们各自独立工作、互相“隔离”了。

微波隔离器是种特殊的衰减器，隔离器对入射波的衰减很小，对反射波的衰减则很大，二者之比值称为“隔离比”。

使用隔离器，目的在于减小因负载阻抗变化对振荡频率带来的影响。

一般是在矩形波导的横向加上固定磁场，放置在波导横向的铁氧体片恰好能与反射波产生铁磁共振，继而抑制了反射波，而入射波则不会产生这种共振吸收。

但在做成器件之后，隔离器对入射波也会产生一些正向衰减，约为1db（1.259倍）。

对反射波的反向衰减则大于20db（100倍）。

环形器具有多种用途，是一种常用的微波元器件。

主要参数有：

工作带宽

插入损耗

反向隔离

电压驻波比

5.射频放大器

4、功率放大器主要指标

4.1工作频带

工作频带是指放大器应满足全部性能指标的连续频率围。

硅双极型晶体管功率放大器和硅金属氧化物场效应管功率放大器的工作频率是从300MHz到4GHz，砷化镓场效应管功率放大器的工作频率是从一吉赫到几十吉赫。

4.2输出功率

4.2.1．饱和输出功率

当功率放大器的输入功率加大到某一值后，再加大输入功率并不会改变输出功率的大小，该输出功率称为功率放大器的饱和输出功率。

4.2.2．1dB压缩点输出功率P1dB

功率放大器增益压缩1dB所对应的输出功率称为1dB压缩点输出功率，记作P1dB。

4.3输入输出驻波比

大功率管的输入阻抗和输出阻抗都很低，BJT的输入阻抗实部只有几个欧姆，与50Ω系统失配得比较厉害。

而MESFET的输入阻抗较高，与50Ω系统失配得也很大，失配严重时，会损坏功率管。

输入、输出驻波比变坏还会使系统的增益起伏和群迟延变坏，因此功率放大器的输入、输出驻波比应该满足一定要求。

在大容量数字通信系统中，功率放大器的输入、输出驻波比取1.2:

1，而在一般系统中，功率放大器的输入、输出驻波比可以取到2:

1。

它也是设计微波功率放大器时必须考虑的一项技术指标。

4.3增益及增益平坦度。

增益即放大器的功率放大能力，为放大器输出功率和输出功率的比值取对数，单位为”dB”。

增益平坦度为功率放大器增益在一定频率围的变化大小。

其他的射频器件还有微波开关、微波衰减器、移相器、限幅器、微波功分器、耦合器、电桥等。

混频器、频率合成器、