电子科技大学通信射频电路 无线通信系统及其射频电路的特点 1-2课件

1通信射频电路电话：61830386,

电子信箱：办公室：清水河校区科研楼B133B电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-22课程简介课程的教学目的讲解面向无线通信系统应用的射频电路基础知识、功能射频电路及前端系统设计方法，为同学们在今后从事无线通信系统中射频电路设计与研究打下坚实的基础引导同学们掌握现代射频电路技术基础知识、设计方法和技能、了解射频电路技术最新成果和发展趋势;无线通信频率已经进入射频、微波、毫米波频段,课程学习旨在培养现代无线通信技术领域的人才。

电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2无线通信系统基本架构(RF+BB)及其射频电路技术特点；

课程主要内容无线通信系统及其射频电路的噪声和非线性特性(噪声特性、非线性特性与效应、灵敏度、动态范围……)；射频电路基础知识(元器件的射频特性及等效电路、传输线理论、etc.);Ｓmith圆图和阻抗变换（匹配）;3电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2

课程主要内容（续）基础功能射频电路(LNA、PA、PLL,etc.)工作原理、主要性能指标、基本电路拓扑、分析方法;功能射频电路的设计方法和技巧、EDA(ADS、MWO、HFSS、……)工具及应用方法。4电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2课程特点概念多、掌握相对较难,需要全面的前期学过的基础知识（电路分析、模拟电路）;内容十分丰富,但课时数有限,部分内容要求同学自修;理论学习(40学时)+实验(8学时？)。5电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2课程成绩构成平时成绩:20分期中考试:20分期末考试:60分6电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2

课程使用的教材《无线通信射频电路技术与设计》,文光俊、谢甫珍、李建，电子工业出版社,2010年10月。

参考教材71.《射频电路设计-理论与应用》,ReinholdLudwig,PearsonEduaction,2002年/张肇仪等译,电子工业出版社,2004年。2.《射频通信电路》（第二版）,陈邦媛,科学出版社,2008年。电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-24.《MicrowaveEngineering》，DavidM.Pozar，Wiley-IntersciencePublication,2005/张肇仪等译，电子工业出版社，2006。

参考教材（续）83.《RF/MicrowaveCircuitDesignforWirelessApplications》,UlrichL.Rohde著,Wiley-IntersciencePublication,2000/刘光祜等译，电子工业出版社，2004年。电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2第0章绪论

（无线通信系统及其射频电路的特点）

通信

将信息(声音、数据、图象、……)从一个地方传到另一个地方的过程。

无线通信已成为最广泛采用的，最迅捷的通信方式(Anytime，Anywhere,Anybody),已成为当今信息化社会的基石。

通信方式

有线通信(固定电话、有线电视/广播、…)

无线通信(移动、卫星、WLAN、……)9电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2&1.1

无线通信技术发展简史

1837年,摩尔斯（SamuelMorse）最先发明利用电磁感应原理，以点、划、空格为形式的有线电报通信方式。

1876年,贝尔（AlexanderGrahamBell）和华特生（ThomasA.Watson）发明了电话。

1894年,马可尼（G．Marconi）发明了无线电报,首次实现了通过大气层的无线通信。

1908年,德福次莱斯特（Forest）发明了真空三极管。从而实现了对电信号的放大。10电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2

1920年,首家AM信号商用无线电台开播。

1933年,阿姆斯特朗（E.H.Armstrong）发明频率调制（FM）。

1936年,美国首家商用FM电台开播。1946年,首家公众移动电话服务在美国面世。

1954-1964年,卫星通信从实验走向成熟。

1965年,“晨鸟”（INTELSAT-1）卫星正式承担国际通信业务。11无线通信技术发展简史（续）电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2

1979年,首个蜂窝系统在日本开通。

1990年,GSM系统在欧洲开通。

1980’s,第一代蜂窝系统在中国开通。

1990’s第二代蜂窝系统在中国开通。

2000’s,2.5G蜂窝系统在中国开通。

2009,第三代蜂窝系统(TD-SCDMA、W-CDMA、CDMA2000)在中国开通。

2014,第四代移动通信系统在中国开通。12无线通信技术发展简史（续）电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2&1.2

无线通信系统基本结构

通信系统基本模型当信道为自然空间时，即无线通信系统.信源发信机收信机信宿信道媒介干扰噪声信道机发送端接收端工作过程:

将待发送的信息转换为电（光）信号，再通过信道媒介（有线或无线）进行传输，在接收端将信号还原（解调）为信息。13电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2

无线通信系统主要由发送端机（发信机）和接收端机（收信机）两部分组成。调制中放/变频功放射频（模拟）前端电路待发基带信号(BB)发射天线发信机基本结构解调中放/变频放大/选频射频（模拟）前端电路输出基带信号(BB)接收天线收信机基本结构

无线通信系统基本结构14电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2

发信机功能(发送过程)2、调制：将基带信号调制到中频/射频载波上，某些应用领域还有一个对基带信号进行加密的步骤。3、上变频：将信号变频到实际通信的频段（频道）。4、放大：对信号进行放大到满足信号处理或通信（距离）要求的功率水平。5、滤波：对频谱起肃净作用,减少高功率RF信号对其他相邻信的干扰,需要滤波。6、发射天线：将信号有效地发射到自由空间。除了要求信号功率外，有时还有方向性要求，及电波传播方式的选择。调制中放/变频功放射频（模拟）前端电路基带信号(BB)发射天线发信机基本结构151、基带信号产生：编码等信号处理产生待发射的基带信号。电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2

完成基带信号对中频载波的调制，将其上变频至特定的RF频段，对已调制的RF信号放大,以足够的功率馈入到天线,经天线有效地发射出去。发信机射频前端结构信道安排传输信道相邻信道相邻信道频率16发信机射频前端电路功能

调制/上变频（频谱搬移）：将基带信号调制到中频/射频载波上。

是否可以直接发射基带信号（没有调制）？

放大：（1）调制器输出信号通常较小,需要放大;（2）上变频器输出信号通常较小,为保证一定的通信距离,已调制的RF信号需要放大到足够的功率。电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2收信机功能(接收过程)解调中放/变频放大/选频射频（模拟）电路基带信号(BB)接收天线收信机基本结构175、解制：将中频解调为基带信号，某些应用领域还有一个对基带信号进行解密的步骤。4、

下变频：将信号变频到中频或基带频率。3、

放大：对接收的信号进行放大到满足信号处理或通信（距离）要求的功率水平。1、接收天线：选择待接收的调制的RF信号（频带信号）6、基带信号回复：解码等信号处理产生信息。2、滤波：对频谱起肃净作用,减少高功率干扰信号和电路寄生频率信号对有用信号的干扰,选择出待接收的RF或信道信号。电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2

在收信机系统中，收信机射频前端性能至关重要。因为空间中充满了各种各样的电磁波信号，有用信号和无用信号混杂在一起，如何既有效的接收到有用信号，同时还需尽可能的将无用信号抑制下去，一直是无线通信技术领域中一个主要研究课题。18收信机前端结构所需信道干扰信道频率信道特点

从复杂的电磁波谱中选择出微弱的有用信号，经下变频、放大后,解调出基带信号。收信机射频前端电路功能电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2

典型的无线通信系统结构19电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-220电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2典型的超外差式微波通信系统(WLAN)21电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2典型的超外差式毫米波通信系统(WLAN/WPAN)22电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2典型的零中频无线通信系统(移动电话和WLAN)无线通信系统组成部分

RFFront-endSection(Analog/RFSingalCircuit)RF-DSConversionSection(MixedSignalCircuit)BasebandSection(DigitalSignalCircuit)23电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2

无线通信系统工作方式

1.单工(SX)甲（发）乙（收）2.半双工(HDX)

时刻1甲（发）乙（收）甲（收）乙（发）时刻2甲乙收发3.全双工(FDX)

24电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2电磁波频谱的频段:电磁波频谱

电磁波频谱及频段划分

粗略划分:低频、中频、高频、射频、微波、毫米波、亚毫米波、THz、红外线、可见光波、紫外线、X射线等。低频、高频、超高频、射频、微波、毫米波频段?25电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2频段频率波长应用领域ELF(极低频)30~300Hz10000~1000km工频（交流配电）信号，低频遥测信号VF(音频)300~3000Hz1000~100km话音频带（信道）VLF(甚低频)3~30kHz100~10km人类听觉高端（音乐、声纳），潜艇通信等系统LF(低频)30~300kHz10~1km船舶与航空导航MF(中频)300~3000kHz1~0.1kmAM无线广播HF(高频)3~30MHz100~10m短波广播、短波通信电台、业余无线电VHF(甚高频)30~300MHz10~1mFM广播(88-108MHz)，电视（54-216MHz)电磁波频谱频段及典型应用领域26电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2频段频率波长应用领域UHF(超高频)射频P(0.23-1GHz)300-3000MHz1-0.1m电视（14-83频道）、陆上移动、蜂窝电话、雷达、导航系统。微波及卫星L(1-2GHz)S(2-4GHz)SHF(甚高频)微波C(4-8GHz)3-30GHz10-1cm微波及卫星无线电系统、雷达X(8-12.5GHz)Ku(12.5-18GHz)K(18-26.5GHz)Ka(26.5-40GHz)EHF(极高频)毫米波Q(40-60GHz)30-300GHz1-0.1cm视距通信（主要用于保密性要求高的军事领域）、卫星间通信、毫米波个人网络。V(60-80GHz)W(75-110GHz)亚毫米波/THz300-3000GHz1-0.1mm遥感和遥测27电磁波频谱频段及典型应用领域(续）电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2可用电磁频谱

目前为止，已知的可获得的电磁频谱频率范围大约为：100-1022Hz.

虽然对电磁频谱有各种频段划分方法及用途规定。

然而，对电路设计师来讲,更为实用的划分界线为：波长是否与电路及其元器件的实际尺寸相当。在这个界限上/下采用的电路分析理论和设计方法显著不同。不同频段的电路设计28电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2&1.3

无线通信特点与系统要求

无线通信系统特点发信机与收信机之间的信道为自由空间!多径效应引起的衰落29存在其他信道的干扰;存在吸收性、干涉性引起的信道衰落（空间电磁波传播途径的多样性，可以说任一接收点收到的均是多径信号的叠加结果-多径效应）;

移动时存在多普勒频移现象等等。大气吸收效应引起的衰落电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2（1）良好的频率选择性（2）低噪声、高动态范围（3）良好的抗干扰能力（4）相位噪声低的变频本振信号源（5）带外辐射要小（6）低功耗技术（7）高DC-RF转换效率无线通信系统性能要求30电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2&1.4

无线通信射频电路特点低频信号发生器的内部结构低频电路与系统31电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2电阻器电容器线圈电池运算放大器晶体管低频、中频、高频电路使用的元器件32电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2射频／微波模拟电路与系统2GHzTwo-stage100WPA1.8GHzPLL应用于5.8GHz无线局域网MCM系统(MCM-D)33电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2射频／微波电路使用的元器件34贴片电阻器贴片电容器贴片三极管晶体管管芯电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2毫米波模拟电路与系统使用CPW传输线的Ku波段两级平衡放大器MMIC使用微带线的单片35GHz接收机35电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2毫米波集成电路使用的元器件36电阻器电阻器等效电路电容器电容器等效电路电感器电感器等效电路MEMS电容器电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2问题元器件的寄生参数效应在什么频率下可以忽略或必须考虑？电路及系统设计有何区别?实际元器件除完成它主要呈现的性能外，还附带表现出其他性能-寄生参数效应。

根据电路和元器件尺寸(d)与其工作信号波长(λ)的关系确定。电路分为两大类：(1)集总参数电路：满足d<<λ条件的电路。(2)分布参数电路：不满足d<<λ条件的电路。37为什么低频、射频、毫米波电路使用的元器件结构和形状不同？电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2

射频、微波、毫米波、亚毫米波频段电路是分布参数电路,其分析与