無(wú)線通信射頻收發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究論文

　　射頻是一種特定頻率的電磁波信號(hào)，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)線通信系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，日常生活中有線電視信號(hào)就是通過(guò)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(hào)的接收和發(fā)射，它位于無(wú)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(jì)方案，可有效提高無(wú)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(huì)有不同的組成部分。但從射頻收發(fā)系統(tǒng)的工作原理來(lái)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(guò)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(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的高頻信號(hào)，并把處理后的信號(hào)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(guò)數(shù)字調(diào)制或模擬調(diào)制的方式將低頻信號(hào)向高頻段傳播；本振器通過(guò)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(duì)不同的信號(hào)進(jìn)行分離，得到特定頻率的信號(hào)或消除干擾信號(hào)，濾波器種類繁多，實(shí)際使用時(shí)可根據(jù)需要處理信號(hào)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(hào)到模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換；混頻器主要作用是實(shí)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(hào)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(hào)功率放大用以滿足天線發(fā)射需要。

　　（二）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(hào)中選出基本頻帶所需的有用信號(hào)并放大。射頻接收機(jī)的信號(hào)選擇能力關(guān)系到信號(hào)的接收質(zhì)量，影響無(wú)線通信射頻收發(fā)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。射頻接收機(jī)把天線接收到信號(hào)傳送至低噪聲放大器，通過(guò)兩次下變頻，將信號(hào)變?yōu)闈M足需要的基本頻帶信號(hào)。射頻接收機(jī)主要性能指標(biāo)要求包括：接收微弱信號(hào)的靈敏度要求，降低系統(tǒng)噪聲系數(shù)要求，相似頻率信號(hào)的選擇能力要求及射頻接收機(jī)接收信號(hào)大小比的動(dòng)態(tài)范圍要求，射頻接收機(jī)的性能指標(biāo)關(guān)系到無(wú)線通信射頻收發(fā)系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量。

　　二、無(wú)線通信射頻收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　無(wú)線通信射頻收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包含射頻發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)、射頻接收機(jī)的設(shè)計(jì)及天線的設(shè)計(jì)三大部分。設(shè)計(jì)必須符合射頻技術(shù)工作原理，使所設(shè)計(jì)的無(wú)線通信系統(tǒng)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(jī)設(shè)計(jì)。影響射頻發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)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(jì)是通過(guò)功率放大器完成相應(yīng)的調(diào)制處理，改變信號(hào)頻率的結(jié)構(gòu)，處理后的信號(hào)頻率經(jīng)由天線發(fā)出。射頻發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)中，包含放大電路設(shè)計(jì)及晶體震蕩電路設(shè)計(jì)：放大電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇合適的三級(jí)管，滿足三極管靜態(tài)工作點(diǎn)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(diǎn)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(jì)中經(jīng)常被使用。

　�。ǘ�）射頻接收機(jī)設(shè)計(jì)。射頻接收機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)。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(lái)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(shí)需考慮中頻信號(hào)的頻率，符合輸入信號(hào)頻率和本振信號(hào)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(shè)計(jì)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(jí)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(jì)。

　�。ㄈ�）天線的設(shè)計(jì)。無(wú)線通信射頻收發(fā)系統(tǒng)中的電磁波是通過(guò)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(guò)天線實(shí)現(xiàn)電磁波的傳送。天線可以實(shí)現(xiàn)將接收到的空間電磁波轉(zhuǎn)化為可經(jīng)過(guò)傳輸線輸送的電磁波，反之亦可實(shí)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(jì)需要滿足以下特點(diǎn)方可實(shí)現(xiàn)電磁波的輻射：首先需要通過(guò)電場(chǎng)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(guò)位移電流在空間內(nèi)不斷的向前推進(jìn)來(lái)實(shí)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(kāi)放形結(jié)構(gòu)才能實(shí)現(xiàn)輻射電磁波。

　　三、射頻接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的測(cè)試

　　接收機(jī)和發(fā)射機(jī)測(cè)試時(shí)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(diǎn)、增益步進(jìn)及噪聲系數(shù)等測(cè)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(duì)射頻接收機(jī)兩端的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。在輸出端檢測(cè)到的噪聲信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波器后被削弱，輸入端沒(méi)有信號(hào)被檢測(cè)到。根據(jù)信號(hào)經(jīng)兩次下變頻后生成的基帶信號(hào)頻率范圍，確定接收機(jī)增益變化范圍，對(duì)發(fā)射機(jī)增益進(jìn)行控制方便測(cè)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(diǎn)為400的掃描精度下對(duì)噪聲分析儀進(jìn)行校準(zhǔn)，保證測(cè)試過(guò)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(hào)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(hào)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(hào)發(fā)生器中的電磁波調(diào)至最大值，檢測(cè)發(fā)射機(jī)輸出功率，通過(guò)將頻譜儀的檢測(cè)端與發(fā)射機(jī)的輸出端信號(hào)相連，檢測(cè)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(duì)無(wú)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(wú)線通信射頻收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求及測(cè)試重點(diǎn)�？萍嫉倪M(jìn)步推動(dòng)了無(wú)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(wú)線通信改變?nèi)藗兊纳�活及工作�?xí)慣，實(shí)現(xiàn)人與人、人與設(shè)備等方面的直接溝通。人們對(duì)無(wú)線通信系統(tǒng)的依賴性變強(qiáng)，要求變高。無(wú)線通信系統(tǒng)的工作性能和應(yīng)用性能是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，依據(jù)無(wú)線通信射頻技術(shù)基本原理完成的設(shè)計(jì)才能得到認(rèn)可和應(yīng)用。

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