RF射频知识详细介绍.ppt

1、RF交流，一电磁光谱，1 )全电磁光谱显示了各种服务的大致位置。 2 )频谱从子音频(数赫兹)延伸到宇宙射线(1022Hz )的3 )频谱进一步分成组或带宽，各带宽用右表示具有描述性名称和带宽号的4 )国际无线咨询委员会(CCIR )的频度名称。 此外，极低频(ELF )是范围在30Hz到300Hz的信号，并且包括交流配电信号(50Hz )和低频遥测信号。 语音频率(VF )通常包括与人类的声音相关联的频率，其为范围在300Hz到3000Hz的信号。 标准电话信道的带宽为300Hz到3000Hz，并且总称为语音频率或语音带宽信道的非常低频(VLF )是在从3kHz到30kHz的范围内的信号。

2、也包括人类听觉范围的高端。 VLF用于潜艇通信等特殊政府和军事系统。 “低频”(LF )低频是一种在30kHz到300kHz范围内的信号，主要用于船舶和航空导航。 中频(MF )是范围在300kHz到3MHz的信号，主要用于商业AM无线电广播(535kHz到1605kHz )。 高频(HF )是在3MHz到30MHz范围内的信号，也被称为短波。 大部分双向无线电通信利用这个范围，并且美国声音和自由欧洲的无线电广播都在HF频带内。 工业无线电和民用频带(CB )无线电也使用HF范围内的信号。 甚高频甚高频(VHF )是范围在30MHz到300MHz的信号，并且通常用于移动通信、船舶和航空通信、商

3、业FM广播(88MHz到108MHz )和信道2-13 超高频(UHF )信号可以在300MHz到3GHz范围内，并且被商业电视广播频道14-83、陆地移动通信服务、蜂窝电话、一些雷达和导航系统、微波和卫星无线系统使用。 通常，1GHz以上的频率被视为微波频率，并包含UHF范围的上位。 超高频(SHF )是一个在从3GHz到30GHz的信号，其主要用于微波和卫星无线通信系统。 极高频(Extremely high frequencies )极高频(EHF )是从30GHz到300GHz范围内的信号，除了非常复杂、昂贵且特殊的应用以外，很少用于无线通信。 红外线频率是从0.3T到300THz范围

4、内的信号，一般不被认为是电波。 红外线属于电磁辐射，通常与热有关。 红外线信号常用于热探的制导系统、电子照相、天文学。 可见光可见光包括落在人的可见范围(从0.3PHz到3PHz )内的电磁频率。 光波通信多与光纤系统一起使用，近年来成为电子通信系统的主要传输介质。 二、选择800MHz-900MHz进行移动通信的历史必然性在20世纪60年代，贝尔实验室为了高级手机系统的研究和修订选择了800-900MHz的频率范围。 在该较高频率范围工作的蜂窝电话所承认的一个优点是增加频谱利用能力。 例如，在35MHz的情况下，1%带宽仅是350kHz。 另一方面，在800MHz时，1%带宽约为8MHz。

5、另一个优点为可大幅减小电路元件的尺寸，可实现小型化的手持系统。 然而，移动电话的应用对于扩展到更高的范围也有实际的限制。 主要认为多路径衰落的严重程度随着频道频率的升高而大幅增加。 在高于10GHz的频率下，降雨成为重要的衰减因素，除了引起严重的路径损失的其他原因。 因此，10GHz以上的频率不适用于蜂窝无线电话通信。 在实际应用中，频率在1GHz以上的移动通信必须充分考虑风云雨雪等气候变化引起的多径衰落。 三、射频(RF )模拟电路和基带(BB )模拟电路实质上不同的频率越高，电信号的波长越小。应用于高频电路，其波长可以与离散电路部件的几何尺寸相比，电压和电流不维持空间，必须将它们视为传输的

6、波。 如果应用于基带电路，则由于传输信号的波长比分立的电路元件的尺寸长，所以电压和电流几乎保持空间。 通常，如果各个电路元件的平均大小大于工作信号波长的十分之一，则应当以“射频”的角度来看。 四、CMU中常见的一些物理表示单位的分析： dBm dBm是测试功率的绝对值，其校正公式为10lgP (功率值/1mw )。 例1如果发射功率p换算成1mw、dBm则为0dBm。 关于例22w的功率，以dBm为单位换算的值是10lg (2w/1 MW )=10lg (2000 )=10lg 210 LG 1000=33 dBmdb表示相对值的值，认为甲方的功率比乙方的功率大，即甲方的功率比乙方的功率大3

7、db 例4通常我们所使用的GSM900的射频线路损失约为0.5dB。 例5甲的功率为33dBm，乙的功率为27dBm的话，可以说甲比乙大6 dB。 dBc有时也看dBc，但这也是表示功率相对值的单位，与dB的修正方法完全相同。 通常，dBc用于测量载波功率相对于载波功率的相对值。 例如，用于测量相对值，如与干扰(相同频率干扰、互调干扰、串扰干扰、带外干扰等)结合或寄生。 在采用dBc的地方，原则上还可以使用dB备选方案。 dBuV根据功率和电平之间的基本公式V2=P*R可知，dBuV=90 dBm 10*log(R )，r是电阻值。 因为载波PHS系统应该具有dBm=dBuv-107，其馈送阻

8、抗为50欧姆。 五、引入电压探测波比(VSWR )的物理意义：沿PCB板传输的射频信号必须被认为是“行进或反射”中的电磁波。 电磁波在PCB板上传播的路径通常统称为传输线。 只有在传输线上行进(入射到传输线上不反射)的电磁波称为行波。 如果进入传输线的电磁波被完全反射，则消除了向前传输到传输线的电磁波，从而形成纯粹的驻波。 由于传输线路的阻抗、介质的不连续性等因素，入射到传输线路的电磁波必然一部分反射形成驻波，大部分向前方传输形成行波，驻波比是连接两者关系的重要纽带之一。 通常，传输线路中有向前方传输的波(行波)和反射的波(驻波)，两者重叠的结果，形成行驻波。 从以上观点来看问题的观点，驻波比

9、被定义为(行波的模式值驻波的模式值)/(行波的模式值-驻波的模式值)。 传输线路没有反射时，即驻波为0，此时驻波比为1。 传输线上的电磁波完全反射时，入射的波(行波)与反射的波(驻波)相等，驻波比成为无限大。 六、反射系数反射系数是另一个物理指示量，其表示行波和驻波之间的关系。 反射系数被定义为反射波(驻波)相对于入射波(行波)的比。 反射系数越大驻波比也越大，两者具有相同的比例关系。 在工程上，为了直观易于使用，导入了返回损失的概念。 返回损失的定义：取反射系数的模态值的倒数，取对数，则返回损失的单位为dB。七、驻波比、反射系数、返回损耗的关系常常混淆或错误地使用这三个概念。 在数学上，这三

10、个概念量之间可以换算在物理意义上，这三个概念的出发点是不同的。 驻波比从行波和驻波形成的合成波(行驻波)的角度说明自己，从驻波比的数值直观地知道传输线上的合成波的最大值和最小值的比。反射系数从能量损失的观点来说明自己，从反射系数可以直观地得到能量传递到前方的情况。 回波损失从反射波(驻波)的出发点说明自己，从回波损失直观地得到反射波的损失状况。 For example表示如果反射系数为1/3，则有(1/3)*(1/3)的能量，反射所有入射能量的1/9。 若换算为驻波则为2，并换算为表示合成波的最大值和最小值之比为2的返回损耗，则为9.4dB。 根据反射因子的另一物理量，插入损耗被定义为在前向传

11、输的功率与入射到传输线路的功率的比，反射因子越小，插入损耗也越小。 八、实际使用的RF电缆线VSWR状况分析：各RF在出厂前，有额定的插入损耗，例如，通常我们使用的RF电缆线的插入损耗是GSM900 0.5dB，DCS1800 0.9dB。 如果RF cable线的使用时间过长、材质劣化或使用不当，则经常扭曲、弯曲，成为传输线上的不连续点，cable线的插入损失增大，反射系数和VSWR也相应增大。 如果在原来的loss设定中使用VSWR变大的线，校准功率会变得不正确。 另一方面，电缆线VSWR的增大还受到射频PA的动作状态的某种程度的影响，同样地，校准后的功率有偏差，变得不正确。 如从以上两点

12、可知，差的射频线不仅loss的设定变得不正确，同样会影响PA的动作状态，两者的重叠有可能导致功率校正的不确定性的恶化。 因此，在同一台机器上，使用不同的RF cable线校正的scaling factor可能会有很大差异。 解决方案请勿使用插入损耗和VSWR过大的RF电缆线进行校正。 解决方案2 :要真正使用这样的RF cable线，必须借“金机器”，但“金机器”不一定可靠！ 九、RF系统框图(上行链路发射机)、GMSK调制、和IQ调制： GSM使用被称为0.3GMSK (高斯最小频移键控)的数字调制方案。 0.3表示高斯滤波器的带宽与比特率之比。 GMSK是一种特殊的数字FM调制系统。 将6

13、7.708KHz加到或减去RF载波频率表示1和0。 表示1和0两个频率的调制技术被称为FSK (频移键控)。 在GSM中，数据速率选择270.833kbit/sec是RF频率偏移的四倍，从而最小化调制频谱并增加信道效率。 比特率刚好是频率偏移4倍的FSK调制被称作最小似然键控(MSK )。 GSM使用高斯预调制滤波器进一步减小调制频谱。 可以降低频率变换速度。 否则，快速的频率转换会将能量(开关频谱)发射到相邻信道。 0.3GMSK不是相位调制(即，不如QPSK携带处于绝对相位的信息)。 这从频率的偏差或者相位的变化来携带信息。 GMSK可由I/Q图表示。 如果没有高斯滤波器，当传输一系列恒定

14、的1时，MSK信号维持高于载波中心频率67.708KHz。 如果载波中心频率设为固定相位基准，则67.708KHz的信号导致相位的稳步增加。 相位以每秒67，708次的速度旋转360度。 在1比特周期内(1/270.833KHz )，相位按照I/Q图移动到四分之一圆周，即90度的位置。 数据1可以看作相位增加了90度。 两个1使相位增加180度，三个1是270度。 数据0表示在相反方向上的相同相位变化。 IQ信号通常是四路、I路两信号差分、q路两信号差分、I、q两信号正交。 IQ调制可以大大提高系统的抗干扰能力。 对于上行的发送链路，三个频域的性能十分重要：信道内、信道外、频带外。 信道内测试

15、决定了用户感受到的链接质量。测试中，相位误差和平均频率误差平均传输RF载波功率传输RF载波功率随时间变化的信道外测试确定每个用户对其他GSM用户造成了多少干扰。 调制和宽带噪声频谱切换频谱Tx和Rx带内浮置信号带外测试确定每个用户干扰无线频谱的非GSM用户(例如，军事、公安、航空等)。 本节包含所有其他寄生信号(谐波、宽带信号等)。 另外，相位误差和频率误差的相位误差是用来表示GSM中的调制精度的残奥仪表之一。 相位误差较大通常表示在发射器电路中I/Q基带产生器、滤波器、调制器或放大器有问题。 频率误差指示频率合成器或锁相环的性能不足(例如合成器在两次发射信号之间的频率切换时不能立即稳定)。

16、在GSM系统中，目标接收器可能未能锁定发射信号，且发射器可能干扰其它用户。 为了测定相位和频率误差，用一个测试装置对被测定装置的发送输出信号进行采样，可以得到实际的相位轨迹。 对采样信号进行解调得到数学上理想的相位轨迹。 从一条轨迹中减去另一条轨迹得到误差信号。 该信号的平均斜率(相位/时间)为频率误差。 信号的变化是相位误差，由均方根(rms )和峰值来表示。 下图说明了该测试过程，其中平均传输功率GSM系统使用动态功率控制来确保每个链路具有足够的并最小的功率。 这样可以将整个系统的干扰降到最低。 对于MS来说，可以最大限度地延长电池的寿命。 超过规格的功率测量结果通常表示功率放大电路、校准

17、表或供电电源有问题。 使用GSM突发脉冲的有用部分来测量GSM平均输出。 在进行测量时，GSM测试设备通过解调输入信号获得正确的基准定时，并控制GSM突发脉冲的有用部分。 在跨时间变化的GSM系统中，发射机必须根据TDMA定时结构快速地改变发射功率，从而不干扰相邻时隙。 如果发射器打开得太慢，突发脉冲的第一个数据将丢失，链路质量可能会降低。如果关闭得太慢，TDMA帧中下一个时隙的用户将受到干扰。 因此，关于这个指标的测试是基于预定的功率改变模式来评估载波功率在时域内的改变并确认发射机的关机是正常的。 现在已经解释了，当发射机在发射测试中失败了RF载波功率的时间变化关系时，通常在PA单元或功率控制环路上是有问题的。 相邻通道功率(ACP) ACP由两个指示来定义，通常被称为“输出RF频谱”(ORFS )的调制和宽带噪声频谱切换频谱的