基于无线通信射频收发机系统的设计
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无线通信射频收发系统设计研究论文无线通信射频收发系统设计研究论文本文关键词:无线通信,射频,收发,研究,论文无线通信射频收发系统设计研究论文本文简介:射频是一种特定频率的特定电磁波讯号,它可以在自由空间中传播,射频通信技术具有宽频所带、高信息容量、体积小、可用频谱多、干扰小等特点,在无线通信系统中应用电子系统广泛,日常生活中有线电视信号就是通过由射频通信系统传送的。
射频收发系统处理线通信系统中信号的接收和发射,它位于无线通信系统的最前端,关系到通信的质量。
研究通讯射频收发无线电通信系统设计研究论文本文内容:射频是热辐射一种特定频率的电磁波信号,它可以在自由空间中传播,射频通信技术具有宽频带、高信息容量、体积小、可用频谱多、干扰小等特点,在无线通信系统中应用广泛,日常生活中其有线电视信号就是通过由射频通信系统传送激光的。
射频收发系统处理线通信系统中信号的接收和发射,它位于无线通信系统的最前端,关系到通信的质量。
研究射频收发系统工作原理其设计方案,可有效提高无线通信质量。
一、射频收发系统的构成及工作原理射频收发系统根据它的应用目的和使用环境的不同,会有相同的组成部分。
但从射频收发系统的工作原理来看,射频发射机、射频接收机、天线是系统的大体组成部分。
(一)射频发射台的构成射频及工作原理。
射频发射机是通过调制、功率放大、上变频、滤波等手段把低频的基本频带信号转换为对应的高频信号,并把处理后的接收器天线经天线发出。
天线、滤波器、数模转换器、调制器、混频器、放大器、本振器等组成射频发射机系统。
调制器通过数字调制或模拟调制的方式将低频信号向高频段传播;本振器通过数字方波电路、鉴相器电路,锁相环电路等将频率送至混频器;滤波器可以对不同的信号成功进行分离,得到特定频率的信号或消除干扰信号,滤波器种类繁多,实际使用时可根据需要处理信号的形式选用模拟滤波器或数字滤波器;数模转换器主要作用是完成数字信号到模拟信号的转换;混频器主要作用是实现频率变化,常用的有七鳞藓平衡混频器和三平衡混频器。
课程设计说明书题目:基于STM32的无线通信系统设计课程: ARM课程设计院(部):计算机科学与技术学院专业:计算机科学与技术专业班级:学生姓名:学号:指导教师:完成日期:目录课程设计说明书 (I)课程设计任务书 (2)1.课程设计题目 (3)2.课程设计目的 (3)3.课程设计内容 (3)3.1硬件资源 (3)3.2软件资源 (8)3.3调试环境准备与使用 (11)3.4系统设计步骤 (12)3.4.1需求分析 (12)3.4.2概要设计 (12)3.4.3详细设计 (16)3.4.4系统实现及调试 (20)3.4.5功能测试 (40)3.4.6系统评价(结果分析) (41)3.5.结论(体会) (42)3.6.参考文献 (42)课程设计指导教师评语 (43)山东建筑大学计算机科学与技术学院课程设计任务书设计题目基于STM32的无线通信系统设计指导教师班级学号已知技术参数和设计要求技术参数:基于Cortex-M3内核的奋斗STM32开发板,无线射频收发器nRF24L01P工作于2.4GHz频段,STM32和nRF24L01P之间采用SPI 接口方式,嵌入式操作系统平台采用uC/OS-II。
设计要求:用STM32开发板和nRF24L01扩展板设计一个基于uC/OS-II的无线通信系统,能够实现两个无线节点间的数据收发。
设计内容与步骤设计内容:1.编写STM32和nRF24L01P的初始化程序。
2.将uC/OS-II移植至 STM32。
3.设计简单的无线通信协议,编写无线通信任务和射频收发中断服务子程序。
设计步骤:1.uC/OS-II任务划分及概要设计,ISR的功能设计。
2.编写 STM32和nRF24L01P的初始化程序,调试STM32的片内定时器模块,编写基于nRF24L01P模块的数据收发ISR。
3.编写与移植相关的几个函数,将uC/OS-II移植至 STM32。
4.拟定通信协议,编写无线通信任务。
125k收发射频电路设计摘要:一、引言二、发射频电路设计原理1.发射频电路的基本组成部分2.发射频电路的工作原理三、125k收发射频电路的设计1.设计目标与要求2.电路参数的选择3.电路元件的布局与优化四、电路仿真与测试1.仿真软件的选择与设置2.测试指标与方法3.测试结果与分析五、结论与展望正文:一、引言随着无线通信技术的快速发展,射频电路设计在现代通信系统中发挥着越来越重要的作用。
本文主要介绍了一种125k收发射频电路的设计方法,旨在为射频电路设计领域的研究者和工程师提供一定的参考价值。
二、发射频电路设计原理1.发射频电路的基本组成部分发射频电路主要包括射频发射器、射频放大器、射频开关、频率合成器、功率放大器等部分。
这些部分相互配合,共同实现信号的发射功能。
2.发射频电路的工作原理发射频电路的工作原理主要包括信号产生、信号放大、信号调制、信号发射等环节。
首先,信号产生电路产生射频信号;然后,信号经过射频放大器进行放大;接下来,射频开关对信号进行切换;随后,频率合成器对信号进行频率合成;最后,功率放大器对信号进行进一步放大,并通过天线发射出去。
三、125k收发射频电路的设计1.设计目标与要求本设计旨在实现一款125kHz的收发射频电路,要求具备较高的稳定性、可靠性和实用性。
设计过程中需要充分考虑电路的性能指标,如频率范围、输出功率、线性度、谐波抑制等。
2.电路参数的选择在设计过程中,根据电路性能要求,合理选择电路元件的参数。
例如,选用适当的电感、电容、电阻等元器件,以满足电路的频率响应、匹配性和稳定性等要求。
3.电路元件的布局与优化电路元件的布局对于电路的性能具有重要影响。
在设计时,应充分考虑电路元件的布局原则,如减小相互干扰、优化信号路径、合理分配空间等。
同时,采用电磁仿真软件对电路进行优化,以提高电路的性能。
四、电路仿真与测试1.仿真软件的选择与设置在本设计中,选用ADS(Advanced Design System)软件进行电路仿真。
宽带无线通信射频收发前端设计分析摘要:近年来随着社会经济不断发展,我国已经进入信息化时代,现代社会信息对于我们的生活的影响也越来越大,宽带无线通信系统的迅速发展,使得人们的通信变得越来越便捷。
本文对宽带无线通信射频收发前端的设计进行分析与探讨,旨在提高宽带无线通信水平。
关键词:宽带设计;无线通信;射频;收发前端设计1宽带无线通信系统组成近年来,宽带无线通信由于其平均功率较低、频谱利用率较高、保密性和安全性好等优势,已经成为通信领域中研究的热点技术。
宽带无线通信系统主要包括以下几个部分。
1.1基带处理单元基带处理单元是宽带无线通信系统中的基础,主要的功能有对数据信道进行编码处理、CCK调制解调、同步时钟提取等。
1.2中频处理单元中频处理单元主要完成频率转换,通过上下变频,完成射频和中频之间的转换,并且完成数字信号与模拟信号之间的相互转换。
1.3射频单元射频单元是数据传输的主要部分,发送端首先将语音、数据以及图像等信号调制成为相应的信号,然后经过滤波、放大、功放送天线等环节对信号进行发射。
射频单元中的接收端则主要负责接收射频信号,对于传输来的信号,经过放大、滤波和变频之后可以将固定的中频信号输出到中频处理模块中。
1.4协议与控制单元协议与控制单元具有协议控制、数据组帧与完整性检测处理等功能,可以为各种数据信息提供相应的接口,以便信息数据可以进入处理单元中。
在宽带无线通信系统中,射频前端是最关键的部分,该部分是影响信号的传输和接收功能的主要部分,通过对射频前端进行设计,可以实现收发通道射频前端的所有功能,而且能够满足调制信号的收发要求,在应急通信、指挥调度、无线监控、海上作业等领域有十分广泛的应用。
而且在宽带无线通信系统中还内置了GPS模块,通过GPS定位可以向中心站点传输精确的位置信息。
2射频收发系统的工作原理2.1射频发射机的工作原理射频发射机主要用于信号发射,无线射频发射机是通过调制放大信号的功率以及上变频和滤波过程,将低频基带信号转换成高频射频信号的一个过程。
• 98•无线通信中射频收发系统的研究与设计广州海格通信集团股份有限公司 郭 洋 郑超捷【摘要】本文主要针对无线通信系统中的射频收发系统进行研究与设计,在分析通信系统组成和工作原理的基础上,对射频收发系统进行优化设计。
【关键词】无线通信;射频收发系统;研究;设计在当前通信技术以及信息技术的发展背景下,蜂窝移动通信技术得到跨越式突飞猛进的发展进步,并受人瞩目。
对于通信系统而言,其功能的实现需要各种重点电子线路实现,而各种电子线路又紧紧依托于通信系统的发射机和接收机,因此必须对通信系统及其接收机、发射机进行深入研究和创新设计。
1.通信系统的组成随着通信技术以及通信系统在人们生产生活中的应用,其在人们生产生活中的作用逐渐凸显。
首先是进行信号调制,能够将传输信号进行转换,转换成为能够进行信道传输的信号。
通过通信系统图能够看出,在通信系统的发送端进行信号解调。
在通信系统中一般传输的是在零频附近的低频信号,包括以模拟信号和数字信号为代表的基带信号(baseband )。
经过调制之后的信号转变为基带信号(passband )。
最终通带信号在整个通信系统中进行传输,在接收机中接收信号,并对信号进行进一步处理,转换为原始信号,接收机的主要任务即解调。
2.无线通信中射频收发系统的工作原理2.1 射频发射机的工作原理图1 射频发射机工作原理图射频发射机的主要功能是将低频基带信号转换为高频射频,如图1所示,一般需要经过调制器和放大器、滤波器等结构实现。
低频基带信号首先经过调制器以及滤波器、混频器等进行信号处理。
首先经过数模转换器的低频基带信号需要经过调制器进行初步解调,一般通过数字调制和模拟调制两种方式实现,数字分频电路和鉴相器电路以及锁相环电路组成的本振器能够对信号进行处理,并且将处理的信号送至混频器,最后在滤波器中进行频率相乘处理。
DAC 的主要功能是将数字信号转换为模拟信号,滤波器的主要目的是对信号进行进一步处理,去除信号中的干扰信号并优化其中的有效信号,在滤波信号的选择中还需要根据无线射频发射机进行选择,一般包括信道选择滤波器、镜像抑制滤波器以及射频滤波器等。
文章编号:1007-757X(2019)08-0023-032.4GHz无线一对多发控制系统梁昕(南京机电职业技术学院电子工程系,南京210016)摘要:设计了一款短距离无线通信控制系统。
该系统是基于射频技术,采用A7105无线传输模块,通过STM8S控制块发送端与SN8F接收端来实现控制芯片之间进行2.4GHz无线通信,并能够一G对多G的短距离无线通信。
用户可简单方便地对周围环境中多个电路系统的进行监视与控制。
系统传输距离可达20米以上,功耗低,抗干扰强,应用范围广,成本低等有G,具有较强的实用性和推广价值。
关键词:射频技术;无线通信;A7105;STM8S;SN8F中图分类号:TN92文献标志码:AControl System with2.4GHz Wireless Transceiver and One-to-More FunctionLIANG Xin(Department of Electrical Engineering,Nanjing Institute of Mechatronic Technology,Nanjing210016) Abstract:A control system with2.4GHz wireless transceiver and one-to-more function is designed.This system is based on RF technology,and the A7105wireless transmission module is adopted to carry out2.4GHz wireless communication between the sending end of STM8S control block,and the SN8F receiving end control chip is used to realize a pair of one point to multipoint function.The user can easily realize the monitoring and control of multiple circuit systems in the surrounding environment.The transmission distance of this system can be up to20meters,it has low power consumption,strong anti-interference,and strong practical value.Key words:RF technology%Wireless communication;A7105;0引言随着无线通信技术的迅速发展,短距离无线通信的需求不断增加,各种类型、各个频段和基于各种不同架构的无线收发系统层出不穷&同时现代社会人们追求着更加简便快捷的生活方式,近距离无线通信如RFID、WIFI、蓝牙等技术的应用越来越广泛。
射频光发收机的探究及优化设计作者:段振英邹琴来源:《中国新通信》2022年第12期摘要:伴隨着射频通信技术的升级换代,老射频光发收机已不能适应新业务拓展需求,针对其上下行业务走向特点,以及客户对传输距离和容量需求的提升,我们不仅对关键电路做了新增防浪涌和防静电保护电路设计,还在各功能模块间新增匹配电路增强增益变化的自适应性。
并通过样机实验验证,使新一代射频光发收机获得更好的结构性和增益平坦度、更强的发光功率和更高的接收灵敏度,从而提高光纤传输距离,使射频系统获得更大布局空间和更强的隐蔽性,有利于射频通信成为通信系统中的重要一员。
鉴于此本文就射频光发收机遇到的相关问题进行深刻的研究与设计。
关键词:射频光发收机;前端处理模块;耦合电路;增益平坦度;光电调制一、引言近年来随着无线射频技术与光纤通信的融合,老一代射频光发收机的弊端暴露无遗,比如射频发射机与接收机分离设计、结构偏大、发光功率不强、接收灵敏度不够等因素已经严重影响射频光传输系统的推广与应用。
特别是在无线通信和卫星通信系统应用场合,为了扩大空间布局和增强业务隐蔽性,需要把天线的射频电信号信转换成光信号,再进行一段距离的光纤传输,至终端机房再把光信号转换成射频电信号。
相对于传统的射频电缆传输方式,射频光传输具有距离远、隐蔽性强、不受电磁干扰等优点,因此射频光传输系统在很多重要领域的应用越来越受到重视。
相对于数字光端机,射频光发收机内部主要采用模拟光传输方式的复杂电路组成,各功能模块输出增益变化较大,系统设备联调繁琐,为了解决这些问题我们将对系统最关键的射频光发收机进行深入分析,不仅对发收机的前后端信号处理电路进行优化设计,还新增防浪涌和防静电保护电路设计,外加在各个电路模块间新增自适应匹配电路,并且通过样机实验验证,使新一代射频光发收机获得更好的结构性和增益平坦度、更强的发光功率和更高的接收灵敏度。
二、射频光发收机的探究及优化设计为了解决老一代射频光发收机的诸多缺点,经过对核心元器件严谨选型,精心设计整体结构和核心电路,根据上下行射频业务走向特点,把射频光发收机一体化整合设计,使其结构小型轻便化、电磁兼容性更强,通过特殊电路设计增大激光器的发光功率和接收灵敏度,提高光纤传输的距离,拓展射频系统空间布局组网能力。
nRF905无线通信系统设计物联网技术是当前信息领域中研究的热点,无线传感器网络作为物联网领域中一个重要的技术组成,可以实现特殊环境连续不断地进行数据采集、事件检测、事件标识、位置监测和节点控制,无线通信模块的这些特性使得无线传感器网络的应用前景非常广阔,能够广泛应用于环境监测和预报、智能家居、建筑物状态监控、城市、大型车间和仓库管理,以及机场、大型园区的安全监测等领域.随着无线传感器网络的深人研究和广泛应用,无线传感器网络逐渐深入到人类生活的各个领域而受到国内外研究人员的重视.本文设计了一种基于Atmega16单片机和nRF905射频芯片的无线通信系统.该系统适用于低功耗、短距离、小数据量的点对点无线数据传输和交换应用。
ﻭ总体设计本文设计无线通讯模块是由数据发送模块和数据接收模块两个完全相同的节点模块构成,数据接收和发送模块都选用Atmega16单片机作为主控制器,由单片机控制射频芯片nRF905实现无线数据的收发。
数据发送节点的A tmega16单片机采集上位机或数据采集模块的数字信号,经处理器处理后传送给节点内nRF905无线通信模块,由无线通信模块经调制和功率放大后将数据发送出去.数据接收节点通过节点内的nRF905无线通信模块接收来自数据发送节点的数据,解调后传给节点的主控制器———Atmega16单片机,单片机经过和处理,发送相应的处理命令,完成一次数据通信任务。
2系统硬件设计无线通信节点模块的主控制器选R系列的Atmega16单片机,其电路有:RS232电平转换电路、U接口电路、1602液晶显示模块、nRF905无线模块以及蜂鸣器音电路等.ﻭ2.1单片机最小系统设计ﻭ本系统选用价格便宜的Atmega16单片机作为主控制器。
该系列单片机是基于增强的RRISC结构的低功耗8位CS微控制器,以低功耗特性被广泛用于各个领域。
由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间,ATmega16的数据吞吐率高达1MIPS/M,从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。
《无线收发器设计指南:现代无线设备与系统篇》读书札记目录一、无线收发器基础概念 (2)1.1 无线通信原理简介 (3)1.2 无线收发器的功能与分类 (4)1.3 现代无线收发器的发展趋势 (5)二、无线收发器设计要素 (6)2.1 无线收发器的硬件设计 (8)2.1.1 射频前端设计 (9)2.1.2 模数转换器 (10)2.1.3 数模转换器 (12)2.1.4 天线与射频模块 (13)2.1.5 电源管理与稳压电路 (14)2.2 无线收发器的软件设计 (15)2.2.1 微控制器与嵌入式系统 (16)2.2.2 通信协议与数据处理算法 (17)2.2.3 驱动程序与固件开发 (19)2.3 无线收发器的系统设计与布局 (20)2.3.1 系统架构设计 (22)2.3.2 PCB布局与布线 (23)2.3.3 散热与电磁兼容性设计 (25)三、无线收发器应用案例分析 (26)3.1 无线传感器网络 (27)3.2 蓝牙技术 (29)四、无线收发器设计挑战与解决方案 (30)4.1 信号干扰与抑制技术 (31)4.2 无线收发器的能效优化 (32)4.3 多频段与多标准支持 (34)4.4 安全性与可靠性问题 (35)五、未来展望与建议 (37)5.1 无线收发器技术的未来发展方向 (38)5.2 对无线收发器设计的建议与展望 (40)一、无线收发器基础概念在深入探讨无线收发器的设计与应用之前,我们首先需要明确其基础概念。
无线收发器,作为无线通信的核心组件,它不仅实现了信号的发送与接收,更承载着数据传输的关键任务。
传统的无线收发器常采用分立元件或集成电路来实现信号的调制与解调。
这些技术虽然成熟稳定,但在集成度、功耗和成本等方面存在一定的局限性。
随着技术的不断进步,单片无线收发器应运而生,它集成了多种功能,包括天线、放大器、调制解调器等,大大简化了系统的设计与实现过程。
无线收发器的设计也充分考虑了通信协议的要求,不同的无线标准(如WiFi、蓝牙、ZigBee等)对信号传输的速率、带宽、功耗等参数有着不同的定义。
基于nRF403无线传输系统的设计与实现
阔建浩;陈健
【期刊名称】《计算机与数字工程》
【年(卷),期】2006(34)4
【摘要】介绍了一种基于单片射频收发芯片nRF403、MCU(微控制器)的无线传输系统,可以实现无线数据传输.给出了nRF403的结构和使用方法.提出了系统的硬件设计、软件流程以及可靠的通信协议.此系统具有外围元件少、功耗低、使用方便等特点,可广泛应用于无线数据传输系统的产品设计中.
【总页数】5页(P121-125)
【作者】阔建浩;陈健
【作者单位】西安电子科技大学通信工程学院,西安,710071;西安电子科技大学通信工程学院,西安,710071
【正文语种】中文
【中图分类】TN92
【相关文献】
1.基于CC1020芯片无线传输系统的设计与实现 [J], 武洪娟
2.基于nRF24L01+的数据无线传输系统的设计与实现 [J], 谢明明;陈学岗;陈常婷
3.基于H264的数码摄影无线传输系统的设计与实现 [J], 罗敏;李辉;罗亚东
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5.基于S3C2440的图像采集与无线传输系统设计与实现 [J], 刘甲玉;周鸣争;帅兵;梁祥君
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无线通信射频收发系统设计探究作者:崔立良来源:《数字技术与应用》2013年第05期摘要:经过四代移动通信发展,作为通信系统的前端部分,无线通信射频收发系统显得尤为重要,主要负责信号的接收与发送。
因此,基于射频收发的无线通信系统成为目前不断被关注和研究的热点。
本文对无线通信射频收发系统进行设计,并且根据射频收发系统的工作原理,对整个无线通信射频收发系统进行技术指标测试。
关键词:射频接收机射频发射机无线通信中图分类号:TN929.5 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2013)05-0210-02射频又简称为RF,是一种能够进行空间辐射的电磁波,而射频信号则是一种通过高频电流进行调制以后的电信号,是无线电信号中频率较高的一种信号。
随着无线通信在人们生活各领域的广泛应用,射频技术也有着不可替代的作用。
为了能够使信息传输质量更高,在移动通信射频收发系统中,射频模块处理宽带高频模拟信号,基带部分则处理频率低的模拟和数字信号。
1 无线通信射频收发系统设计无线通信射频收发系统模型如图1、2所示。
由射频收发系统工作原理我们可以得知,接收机为超外差结构,信号在经过2次下变频以后,RF频段为3.5GHZ,射频为100MHZ,当信号路过滤波器以后,通过低噪声放大器等进行处理,并与本振混频变频道中频2.5GHZ、100MHZ,放大处理后由IQ解调进入ADC;而发射机为直接变频结构,信号只需要通过1次上变频,由过滤器放大IQ调制,并发射射频线路,通过滤波器由PA调制,随后进行开关和天线发射。
其中,所有晶振为10MHZ,频率为2.5PPM,输入和输出电压分别为3V、0.8V,本振一、二级输出频率为:PLL1和PLL2,巴伦插损为0.54dB。
因此,通过计算得出无线射频接收机和发射机的增益为:=93.96dBm、=33.96dBm;=29.1dBm、=-31.5dBm,无线射频接收机噪声系数为:=3.42dB,IIP3,RX=-15dBm。
基于无线通信射频收发机系统的设计李夏 11720925 靳立兴 117209292011年11月20号摘要:近年来,射频(RF)无线通信技术的迅速发展增加了人们对低电压高性能射频前端的需求,无线通讯系统中的关键模块-RFIC 成为当前的研究热点,如:蜂窝式个人通信与基站、无线接入系统、卫星通信、全球卫星定位系统、无线局域网等。
经过三代移动通信的发展,通信系统发展成了支持多媒体的通信系统,系统的速度更快,误码率更低。
射频收发机是通信系统的前端部分,负责信号的接收和发射部分,是无线通信系统中不可缺少的一部分,它决定了通信距离和影响着通信质量通信系统的发展也带动了射频收发机的发展。
本论文探讨了收发机的基本结构,射频收发机的发展,然后介绍了射频收发机的一些关键指标,然后根据重要指标计算出射频系统的主要技术指标,最后仿真整个收发机的主要技术指标。
关键词:移动通信;射频收发机;系统指标RF transceiver system design based on wirelesscommunicationIn recent years,the rapid development of radio frequency (RF) wireless communication increase the RF front-end needs of low-voltage and high-performance.The key modules-RFIC of Wireless communication systems become research focus,such as cellular personal communications and base station, wireless access systems, Satellite Communications,GPS, wireless lan,etc. After the development of three generations of mobile communications, communications system developed into a multimedia communication system and the system has faster rate and lower BER. RFtransceiver which is front of the communication system is responsible for receiving and transmitting the signal part and that is an integral part the wireless communication system. RF transceiver determines the distance of communication and affects the communication s quality. The development of communication system has also led to thedevelopment of the RF transceiver. The paper discussed transceiver's basic structure and radio frequency transceiver's development and some key indicators. Then according to these important target, it has calculated the radio frequency system's major technique target. Finally it simulated entire transceiver's major technique target.Keywords: mobile communication RF transceiver system specifications1引言射频是指该频率的载波功率能通过天线发射出去(反之亦然),以交变的电磁场形式在自由空间以光速传播,碰到不同介质时传播速率发生变化,也会发生电磁波反射、折射、绕射、穿透等,引起各种损耗。
在金属线传输时具有趋肤效应现象[1]。
该频率在各种无源和有源电路中R, L, C各参数反映出是分布参数。
因此说所谓射频RF (Radio Frequency)是指频率较高,可用于发射无线电频率,一般常指几十到几百兆赫的频段,即 VHF-UHF频段。
而更高的频率,则称为微波。
广义地说,在无线电频谱上微波是指频率为300MHz-300GHz的无线电波,其相应的波长范围是在lm—0.1mm。
一般更具体的指1—30GHz频段,即波长在厘米范围的厘米波。
频率更高的则称之为毫米波、亚毫米波段。
因而,移动通信中的CDMA, GSM等系统所采用的800MHz, 900MHz频段属于射频RF范畴,也即UHF频段(也可看作微波的低端);而第三代移动通信3G的工作频段就是在微波范围内。
射频技术在无线通信领域具有广泛的、不可替代的作用。
有线电视系统就是采用射频传输方式的。
在电子学理论中,电流流过导体,导体周围会形成磁场;交变电流通过导体,导体周围会形成交变的电磁场,称为电磁波。
在电磁波频率低于100khz时,电磁波会被地表吸收,不能形成有效的传输,但电磁波频率高于100khz时,电磁波可以在空气中传播,并经大气层外缘的电离层反射,形成远距离传输能力,我们把具有远距离传输能力的高频电磁波成为射频,英文缩写:RF将电信息源(模拟或数字的)用高频电流进行调制(调幅或调频),形成射频信号,经过天线发射到空中;远距离将射频信号接收后进行反调制,还原成电信息源,这一过程称为无线传输。
无线传输发展了近二百年,形成了大量的用户和产品群,但是,由于气候的变化和地表障碍物的影响,不能传输完美的信息。
近代人类发明了廉价的高频传输线缆(射频线),为了追求完美的信息传输质量,兼顾原有的无线设备,无线方式有线传输开始流行。
产生了射频传输这一概念。
如果你的信息源经过二次调制,用线缆传输到对端,对端用反调制将信息源还原后再应用,不管频率多低,也是射频传输方式,如果没有调制反调制过程,只是将信息源用线缆传送到对端直接使用,不管频率有多高,都是一般的有线传输方式[2]。
综观无线电频谱,频率从极低一直到非常高,波长从超长波一直到亚毫米波段再到光波、紫外,不同频段的无线电波其特性也截然不同。
我们必须了解这一点,并学会用不同的概念、技术和方法来处理问题。
在移动通信所工作的射频和微波频段,如果只沿用低频的概念和技术来研究和处理问题,必然是行不通。
射频电路最主要的应用领域就是无线通信,无线通信射频收发机包含了发射机电路、接收机电路以及通信天线。
2 射频集成电路的发展及研究前景近年来,通信技术以惊人的速度发展,而射频(RF)无线通信技术的发展显得尤为迅猛。
当今,射频无线通信技术已经被广泛应用于生活的各个方面,如:蜂窝式个人通信与机站、无线接入系统、卫星通信、全球卫星定位系统、无线局域网等。
随着多种无线通讯系统的蓬勃发展,使无线通讯系统中的关键模块—射频集成电路(RFIC)—成为当前的研究热点。
射频IC的优化设计,除了数字IC所要求的功耗、速度、产量外,还必须考虑系统部件的噪声、增益、线性度、最大功率传输等因素。
同时,由于激烈的市场竞争,通讯系统对射频IC的要求也越来越高,低成本、低功耗、高线性度、多功能等已经成为射频集成电路发展的趋势。
21世纪是信息技术高度发展的时代,以微电子为基础的电子技术是推动信息技术发展的物质基础。
集成电路是微电子的核心和主体,也是电子信息产业的基础[3]。
现代的无线通信系统中,由于 CMOS 工艺生产费用低,集成密度高,且静态时电路不存在直流电流,收发机的数字处理部分大多采用 CMOS 工艺实现。
但由于 CMOS 器件的跨导小,并且 CMOS 工艺实现的射频电路通常衬底的损耗较大,收发机的射频前端电路一般采用双极型工艺或砷化镓工艺。
而通常无线通信系统中的数字基带部分占芯片面积的 75%以上,考虑到集成度及成本等指标的要求,只有实现 CMOS 集成射频前端,才能最终实现无线通信系统的单片集成。
随着深亚微米 CMOS 工艺的不断进步和成熟,其沟道长度不断减小,截止频率 ft不断增加,深亚微米 CMOS 工艺其 MOSFET 的特征频率已经达到 50GHz 以上,再加上 CMOS 工艺与其他工艺相比具有工艺成熟、应用广泛、价格低、集成度高、功耗小等特点,用 CMOS 工艺设计射频集成电路 RFIC(radio frequency integrated circuits)已经成为近几年世界性范围内研究的热点,世界各国的研究人员在 CMOS 射频集成电路的设计和制作方面进行了大量的研究。
美国许多成功的新兴集成电路无晶圆厂芯片设计公司(fabless)和众多的芯片设计start-ups 都比较集中在这一领域[4]。
在 5GHz 以下,基于 CMOS 工艺制造的硅射频集成电路,在性能各方面已经能与 GaAs RFIC 及锗硅 RFIC 一争高下,且在成本上具有明显的竞争优势,在无线通讯、卫星定位导航等领域得到了广泛应用。
利用 CMOS 工艺实现的 RFIC 在上世纪九十年代中期开始起步和发展,图1表示了 RF CMOS 器件按比例缩小后主要参数的变化。
图1 RF CMOS器件按比例缩小后的卞要参数变化随着器件特征尺寸的不断缩小,MO S器件的特征频率人、最高频率几a、和噪声性能等都有很大提高,可以获得很好的射频特性。
特别是跨入90 nm以后,RF CMOS器件已经可以工作在40GHz到100 GHz范围。
RF CMOS工艺既继承了数字CMOS工艺的功耗低、集成度高、成本低等众多优点,同时又显示出很好的射频特性,已开始应用十设计以往只能采用BiCMOS, GaAs和Site工艺实现的电路[5]。
当前,各种制作RFIC的工艺技术的竞争相当激烈,不同工艺适用十不同的场合,它们的比较结果可见图2。
图2 RFIC制作工艺比较RF CMOS技术的进步充分表明它已可以实现应用十宽带无线通信系统和高数据率交换装置的RFIC芯片。
特别是在通讯系统对RFIC不断提出低成本、低功耗、小尺寸、高集成度、高可靠性、多功能等要求的推动下,RF CMO S技术正成为RFIC制作的热门选择,是实现数字与射频系统单片集成的RF SOC芯片很有发展前途的技术。