無線通信射頻收發(fā)系統(tǒng)設(shè)計研究論文

　　射頻是一種特定頻率的電磁波信號，它可以在自由空間中傳播，射頻通信技術(shù)具有寬頻帶、高信息容量、體積小、可用頻譜多、干擾小等特點，在無線通信系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，日常生活中有線電視信號就是通過由射頻通信系統(tǒng)傳送的。射頻收發(fā)系統(tǒng)處理線通信系統(tǒng)中信號的接收和發(fā)射，它位于無線通信系統(tǒng)的最前端，關(guān)系到通信的質(zhì)量。研究射頻收發(fā)系統(tǒng)工作原理優(yōu)化其設(shè)計方案，可有效提高無線通信質(zhì)量。

　　一、射頻收發(fā)系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理

　　射頻收發(fā)系統(tǒng)根據(jù)它的應(yīng)用目的和使用環(huán)境的不同，會有不同的組成部分。但從射頻收發(fā)系統(tǒng)的工作原理來看，射頻發(fā)射機(jī)、射頻接收機(jī)、天線是系統(tǒng)的基本組成部分。

　�。ㄒ唬┥漕l發(fā)射機(jī)的構(gòu)成及工作原理。射頻發(fā)射機(jī)是通過調(diào)制、功率放大、上變頻、濾波等手段把低頻的基本頻帶信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的高頻信號，并把處理后的信號經(jīng)天線發(fā)出。天線、濾波器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、調(diào)制器、混頻器、放大器、本振器等組成射頻發(fā)射機(jī)系統(tǒng)。調(diào)制器通過數(shù)字調(diào)制或模擬調(diào)制的方式將低頻信號向高頻段傳播；本振器通過數(shù)字分頻電路、鑒相器電路,鎖相環(huán)電路等將頻率送至混頻器；濾波器可以對不同的信號進(jìn)行分離，得到特定頻率的信號或消除干擾信號，濾波器種類繁多，實際使用時可根據(jù)需要處理信號的形式選用模擬濾波器或數(shù)字濾波器；數(shù)模轉(zhuǎn)換器主要作用是完成數(shù)字信號到模擬信號的轉(zhuǎn)換；混頻器主要作用是實現(xiàn)頻率變化，常用的有雙平衡混頻器和三平衡混頻器。放大器是把信號通過幅度放大器增大或降低，在經(jīng)由功率放大器將信號功率放大用以滿足天線發(fā)射需要。

　�。ǘ�）射頻接收機(jī)的構(gòu)成及工作原理。射頻接收機(jī)主要作用是從天線接收的眾多信號中選出基本頻帶所需的有用信號并放大。射頻接收機(jī)的信號選擇能力關(guān)系到信號的接收質(zhì)量，影響無線通信射頻收發(fā)系統(tǒng)的運行狀況。射頻接收機(jī)把天線接收到信號傳送至低噪聲放大器，通過兩次下變頻，將信號變?yōu)闈M足需要的基本頻帶信號。射頻接收機(jī)主要性能指標(biāo)要求包括：接收微弱信號的靈敏度要求，降低系統(tǒng)噪聲系數(shù)要求，相似頻率信號的選擇能力要求及射頻接收機(jī)接收信號大小比的動態(tài)范圍要求，射頻接收機(jī)的性能指標(biāo)關(guān)系到無線通信射頻收發(fā)系統(tǒng)運行質(zhì)量。

　　二、無線通信射頻收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計

　　無線通信射頻收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計包含射頻發(fā)射機(jī)的設(shè)計、射頻接收機(jī)的設(shè)計及天線的設(shè)計三大部分。設(shè)計必須符合射頻技術(shù)工作原理，使所設(shè)計的無線通信系統(tǒng)有良好的工作性能和較高的通信質(zhì)量。

　　（一）射頻發(fā)射機(jī)設(shè)計。影響射頻發(fā)射機(jī)設(shè)計的主要性能指標(biāo)包括：平均載波頻率、發(fā)信載頻包絡(luò)、射頻輸出頻譜、射頻的功率控制、雜散輻射、相位及頻率誤差、互調(diào)衰弱、調(diào)制特性及頻率穩(wěn)定度。射頻發(fā)射機(jī)設(shè)計是通過功率放大器完成相應(yīng)的調(diào)制處理，改變信號頻率的結(jié)構(gòu)，處理后的信號頻率經(jīng)由天線發(fā)出。射頻發(fā)射機(jī)設(shè)計中，包含放大電路設(shè)計及晶體震蕩電路設(shè)計：放大電路設(shè)計時應(yīng)選擇合適的三級管，滿足三極管靜態(tài)工作點電流適中合理調(diào)整電阻值保證電路內(nèi)的工作電壓。常用的晶體震蕩電路為并聯(lián)晶體震蕩電路。晶體的質(zhì)量及振子結(jié)構(gòu)影響電路的振蕩性能。其中克拉潑振蕩電路工作最為穩(wěn)定，回路受到電極管的影響被電容削弱掉，屬于電容反饋三點式振蕩器，所以克拉潑振蕩電路的頻率穩(wěn)定性較高在射頻發(fā)射機(jī)設(shè)計中經(jīng)常被使用。

　�。ǘ�）射頻接收機(jī)設(shè)計。射頻接收機(jī)設(shè)計時應(yīng)依據(jù)通信系統(tǒng)要求使用的信道及頻率進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計。首先依據(jù)射頻接收機(jī)的工作信道及頻率確定以下性能指標(biāo)，首先依據(jù)中心頻率即射頻前端電路中濾波器的中心頻率來確定濾波器階數(shù)、放大器的增益及降噪聲系數(shù)；其次設(shè)置混頻器時需考慮中頻信號的頻率，符合輸入信號頻率和本振信號的頻率一致，同時選擇合適的頻率輸入到電壓源方便控制；最后設(shè)計搭建包含基帶電路、下變頻電路及射頻前端電路的射頻接收機(jī)電路圖。放大器同濾波器構(gòu)成射頻前端電路，公分器、移相器及混頻器構(gòu)成下變頻電路，由基帶放大器和信道選擇低通濾波器級聯(lián)的兩條支線構(gòu)成基帶電路，電路基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)搭建完成后確定各電路基礎(chǔ)部分的電路元件完成射頻接收機(jī)設(shè)計。

　　（三）天線的設(shè)計。無線通信射頻收發(fā)系統(tǒng)中的電磁波是通過天線進(jìn)行接收和發(fā)射的，天線是系統(tǒng)重要組成部分，射頻接收機(jī)與發(fā)射機(jī)通過天線實現(xiàn)電磁波的傳送。天線可以實現(xiàn)將接收到的空間電磁波轉(zhuǎn)化為可經(jīng)過傳輸線輸送的電磁波，反之亦可實現(xiàn)將送達(dá)天線的電磁波轉(zhuǎn)化為可空間傳播的電磁波，是一種電磁波傳送方式轉(zhuǎn)換設(shè)備。電磁波向空間輻射的載體是天線，天線的設(shè)計需要滿足以下特點方可實現(xiàn)電磁波的輻射：首先需要通過電場的高速變化在天線附近形成位移電流，電磁波的空間輻射是通過位移電流在空間內(nèi)不斷的向前推進(jìn)來實現(xiàn)的。位移電流的空間推進(jìn)能力與天線的電源頻率有關(guān)，電源頻率越高電磁波的輻射能力越強(qiáng)。其次天線需要具有帶電的開放形結(jié)構(gòu)才能實現(xiàn)輻射電磁波。

　　三、射頻接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的測試

　　接收機(jī)和發(fā)射機(jī)測試時需完成發(fā)射機(jī)增益與泄露以及接收機(jī)輸入三階交調(diào)點、增益步進(jìn)及噪聲系數(shù)等測試內(nèi)容。首先，使用電源為射頻接收機(jī)供電，保證電源電壓為5V，使用頻譜儀對射頻接收機(jī)兩端的信號進(jìn)行檢測。在輸出端檢測到的噪聲信號經(jīng)過濾波器后被削弱，輸入端沒有信號被檢測到。根據(jù)信號經(jīng)兩次下變頻后生成的基帶信號頻率范圍，確定接收機(jī)增益變化范圍，對發(fā)射機(jī)增益進(jìn)行控制方便測試出接收機(jī)增益步進(jìn)。其次，將噪聲源連接到噪聲分析儀器的輸入口上，在頻率范圍為10-100MHZ及掃描點為400的掃描精度下對噪聲分析儀進(jìn)行校準(zhǔn)，保證測試過程中噪聲分析的準(zhǔn)確性。校準(zhǔn)完成后將射頻接收機(jī)的輸出端噪聲信號連接到噪聲分析儀上，得出接收機(jī)的最大增益下噪聲系數(shù)。最后，發(fā)射機(jī)的系統(tǒng)功率決定電磁信號的傳播距離，射頻發(fā)射機(jī)的泄露值必須嚴(yán)格控制，防止影響發(fā)射系統(tǒng)的信噪比。在CGA中將信號發(fā)生器中的電磁波調(diào)至最大值，檢測發(fā)射機(jī)輸出功率，通過將頻譜儀的檢測端與發(fā)射機(jī)的輸出端信號相連，檢測發(fā)射機(jī)增益，得到邊帶及本振泄露功率與輸出功率的比值。

　　本文對無線通信射頻收發(fā)系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理進(jìn)行分析，明確無線通信射頻收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計要求及測試重點。科技的進(jìn)步推動了無線通信射頻技術(shù)的快速發(fā)展，射頻技術(shù)在人們的生活中得到廣泛的應(yīng)用，無線通信改變?nèi)藗兊纳�活及工作�?xí)慣，實現(xiàn)人與人、人與設(shè)備等方面的直接溝通。人們對無線通信系統(tǒng)的依賴性變強(qiáng)，要求變高。無線通信系統(tǒng)的工作性能和應(yīng)用性能是系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵，依據(jù)無線通信射頻技術(shù)基本原理完成的設(shè)計才能得到認(rèn)可和應(yīng)用。

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