無(wú)線(xiàn)通信射頻收發(fā)系統設計研究論文

　　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(diǎn)，在無(wú)線(xiàn)通信系統中應用廣泛，日常生活中有線(xiàn)電視信號就是通過(guò)由射頻通信系統傳送的。射頻收發(fā)系統處理線(xiàn)通信系統中信號的接收和發(fā)射，它位于無(wú)線(xiàn)通信系統的最前端，關(guān)系到通信的質(zhì)量。研究射頻收發(fā)系統工作原理優(yōu)化其設計方案，可有效提高無(wú)線(xiàn)通信質(zhì)量。

　　一、射頻收發(fā)系統的構成及工作原理

　　射頻收發(fā)系統根據它的應用目的和使用環(huán)境的不同，會(huì )有不同的組成部分。但從射頻收發(fā)系統的工作原理來(lái)看，射頻發(fā)射機、射頻接收機、天線(xiàn)是系統的基本組成部分。

　�。ㄒ唬┥漕l發(fā)射機的構成及工作原理。射頻發(fā)射機是通過(guò)調制、功率放大、上變頻、濾波等手段把低頻的基本頻帶信號轉換為對應的高頻信號，并把處理后的信號經(jīng)天線(xiàn)發(fā)出。天線(xiàn)、濾波器、數模轉換器、調制器、混頻器、放大器、本振器等組成射頻發(fā)射機系統。調制器通過(guò)數字調制或模擬調制的方式將低頻信號向高頻段傳播；本振器通過(guò)數字分頻電路、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(lèi)繁多，實(shí)際使用時(shí)可根據需要處理信號的形式選用模擬濾波器或數字濾波器；數模轉換器主要作用是完成數字信號到模擬信號的轉換；混頻器主要作用是實(shí)現頻率變化，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(guò)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(mǎn)足天線(xiàn)發(fā)射需要。

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

　　二、無(wú)線(xiàn)通信射頻收發(fā)系統的設計

　　無(wú)線(xiàn)通信射頻收發(fā)系統的設計包含射頻發(fā)射機的設計、射頻接收機的設計及天線(xiàn)的設計三大部分。設計必須符合射頻技術(shù)工作原理，使所設計的無(wú)線(xiàn)通信系統有良好的工作性能和較高的通信質(zhì)量。

　�。ㄒ唬┥漕l發(fā)射機設計。影響射頻發(fā)射機設計的主要性能指標包括：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、互調衰弱、調制特性及頻率穩定度。射頻發(fā)射機設計是通過(guò)功率放大器完成相應的調制處理，改變信號頻率的結構，處理后的信號頻率經(jīng)由天線(xiàn)發(fā)出。射頻發(fā)射機設計中，包含放大電路設計及晶體震蕩電路設計：放大電路設計時(shí)應選擇合適的三級管，滿(mǎn)足三極管靜態(tài)工作點(diǎn)電流適中合理調整電阻值保證電路內的工作電壓。常用的晶體震蕩電路為并聯(lián)晶體震蕩電路。晶體的質(zhì)量及振子結構影響電路的振蕩性能。其中克拉潑振蕩電路工作最為穩定，回路受到電極管的影響被電容削弱掉，屬于電容反饋三點(diǎn)式振蕩器，所以克拉潑振蕩電路的頻率穩定性較高在射頻發(fā)射機設計中經(jīng)常被使用。

　�。ǘ�）射頻接收機設計。射頻接收機設計時(shí)應依據通信系統要求使用的信道及頻率進(jìn)行基礎設計。首先依據射頻接收機的工作信道及頻率確定以下性能指標，首先依據中心頻率即射頻前端電路中濾波器的中心頻率來(lái)確定濾波器階數、放大器的增益及降噪聲系數；其次設置混頻器時(shí)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(shí)選擇合適的頻率輸入到電壓源方便控制；最后設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電路圖。放大器同濾波器構成射頻前端電路，公分器、移相器及混頻器構成下變頻電路，由基帶放大器和信道選擇低通濾波器級聯(lián)的兩條支線(xiàn)構成基帶電路，電路基礎結構搭建完成后確定各電路基礎部分的電路元件完成射頻接收機設計。

　�。ㄈ�）天線(xiàn)的設計。無(wú)線(xiàn)通信射頻收發(fā)系統中的電磁波是通過(guò)天線(xiàn)進(jìn)行接收和發(fā)射的，天線(xiàn)是系統重要組成部分，射頻接收機與發(fā)射機通過(guò)天線(xiàn)實(shí)現電磁波的傳送。天線(xiàn)可以實(shí)現將接收到的空間電磁波轉化為可經(jīng)過(guò)傳輸線(xiàn)輸送的電磁波，反之亦可實(shí)現將送達天線(xiàn)的電磁波轉化為可空間傳播的電磁波，是一種電磁波傳送方式轉換設備。電磁波向空間輻射的載體是天線(xiàn)，天線(xiàn)的設計需要滿(mǎn)足以下特點(diǎn)方可實(shí)現電磁波的輻射：首先需要通過(guò)電場(chǎng)的高速變化在天線(xiàn)附近形成位移電流，電磁波的空間輻射是通過(guò)位移電流在空間內不斷的向前推進(jìn)來(lái)實(shí)現的。位移電流的空間推進(jìn)能力與天線(xiàn)的電源頻率有關(guān)，電源頻率越高電磁波的輻射能力越強。其次天線(xiàn)需要具有帶電的開(kāi)放形結構才能實(shí)現輻射電磁波。

　　三、射頻接收機和發(fā)射機的測試

　　接收機和發(fā)射機測試時(shí)需完成發(fā)射機增益與泄露以及接收機輸入三階交調點(diǎn)、增益步進(jìn)及噪聲系數等測試內容。首先，使用電源為射頻接收機供電，保證電源電壓為5V，使用頻譜儀對射頻接收機兩端的信號進(jìn)行檢測。在輸出端檢測到的噪聲信號經(jīng)過(guò)濾波器后被削弱，輸入端沒(méi)有信號被檢測到。根據信號經(jīng)兩次下變頻后生成的基帶信號頻率范圍，確定接收機增益變化范圍，對發(fā)射機增益進(jìn)行控制方便測試出接收機增益步進(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(diǎn)為400的掃描精度下對噪聲分析儀進(jìn)行校準，保證測試過(guò)程中噪聲分析的準確性。校準完成后將射頻接收機的輸出端噪聲信號連接到噪聲分析儀上，得出接收機的最大增益下噪聲系數。最后，發(fā)射機的系統功率決定電磁信號的傳播距離，射頻發(fā)射機的泄露值必須嚴格控制，防止影響發(fā)射系統的信噪比。在CGA中將信號發(fā)生器中的電磁波調至最大值，檢測發(fā)射機輸出功率，通過(guò)將頻譜儀的檢測端與發(fā)射機的輸出端信號相連，檢測發(fā)射機增益，得到邊帶及本振泄露功率與輸出功率的比值。

　　本文對無(wú)線(xiàn)通信射頻收發(fā)系統的構成及工作原理進(jìn)行分析，明確無(wú)線(xiàn)通信射頻收發(fā)系統的設計要求及測試重點(diǎn)�？萍嫉倪M(jìn)步推動(dòng)了無(wú)線(xiàn)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用，無(wú)線(xiàn)通信改變人們的生活及工作習慣，實(shí)現人與人、人與設備等方面的直接溝通。人們對無(wú)線(xiàn)通信系統的依賴(lài)性變強，要求變高。無(wú)線(xiàn)通信系統的工作性能和應用性能是系統設計的關(guān)鍵，依據無(wú)線(xiàn)通信射頻技術(shù)基本原理完成的設計才能得到認可和應用。

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