射频基础
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微波
波长范围 （含下限、不含上限） 100~10兆米 (Mm) 10~1兆米 (Mm)
300~3000赫 （Hz） 3~30千赫 （kHz）
1000~100千米 (km) 100~10千米 (km) 10~1千米 (km)
30~300千赫 （kHz） 300~3000千赫 （kHz） 3~30兆赫 （MHz） 30~300兆赫 （MHz） 300~3000兆赫（MHz） 3~30吉赫 （GHz）
段号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 频段名称 极低频（ELF） 超低频（SLF） 特低频（ULF） 甚低频（VLF） 低 频（LF） 中 频（MF） 高 频（HF） 甚高频（VHF） 特高频（UHF） 超高频（SHF） 频率范围 （含上限、不含下限） 3~30赫 30~300赫 （Hz） （Hz） 波段名称 极长波 超长波 特长波 甚长波 长 波 中 波 短 波 米 波 分米波 厘米波
9
电压驻波比 VSWR(K) 回波损耗RL（dB）
1.2
21
1.25
19
1.3
17.6
1.35
16.6
1.4
15.6
1.5
14
2.0
9.5
1
与移动通信相关的射频知识简介
1.1.6 在不同反射系数Γ下传输线的电压驻波分布
︱︱ U
入/2 入/2 负载
终端短路
Γ=-1
︱︱ U
入/2 入/2 -X
全反射
终端开路 Γ=+1
︱︱ U
-X
全反射
终端匹配 Γ=0
-X
无反射
︱︱ U
终端不完全匹配 0〈|Γ|〈1 局部反射
-X
10
1
与移动通信相关的射频知识简介
1.1.7 射频各种馈线 1）平行双线
r 为介质的介电常数
1）趋肤效应显著； 2）辐射损耗增加； 3）支撑物损耗增加。
Z0=
L1 276 = r C1
lg
2D d （）
3
1
与移动通信相关的射频知识简介
1.1.1长线和短线的概念
A B
（a）短线情况
(a)
B A (b )
（b）长线情况
电流电压沿线分布图
图（a）表示的是半波长的波形图，AB是线上的一小段，它比波长小得多。 由图可见，线段AB上各点的电流或电压的幅度和相位几乎不变，此时的线 段AB是一段“短线”。如果频率很高，虽然线段AB的长度相同，但在某一 瞬时线上各点电流或电压的幅度和相位均有很大变化，如图（b）所示，此 时的线段AB即应视为“长线”.我们把传输线的几何长度（L)与其上传输电 信号的波长（λ ）之比L/λ ，称为传输线的相对长度或者叫电长度。
19
1
与移动通信相关的射频知识简介
为满足第三代（3G）蜂窝移动通信技术和业务发展的需求，中国于 2002年对3G系统使用的频谱作出了如下规划： ①第三代公众蜂窝移动通信系统的主要工作频段： 频分双工(FDD)方式：1920~1980 MHz / 2110~2170 MHz；
时分双工(TDD)方式：1880~1920MHz、2010~2025 MHz。
21
1
与移动通信相关的射频知识简介
1.4 第一代移动通信系统及其主要特点
近代的陆地移动通信系统，也称为蜂窝移动通信系统；自 80年代起，已历经三代。第一代的主要特点是利用模拟传输方 式实现话音业务，以AMPS（美国、南美洲）、TACS（英国、中 国）和NMT（北欧）为代表。主要商用时间从80年代初开始到90 年代前期。
23
1
与移动通信相关的射频知识简介
1.6 第三代移动通信系统及其主要特点
第三代蜂窝移动通信系统以更高速的数据业务和更好的频谱利 用率为目标，采用宽带CDMA为主流技术，目前已形成三种空中 接口标准，即WCDMA 、 TD-SCDMA和CDMA2000。今后十年内将 逐步替代第二代系统而成为主流。 它的主要特点是：(数字话音+高、中、低速率数据业务) 新型的调制技术，包括多载波调制和可变速率调制技术； 高效的信道编译码技术，除了沿用第二代的卷积码外，还 对高速数据采用了Turbo纠错编码技术； Rake接收多径分集技术以提高接收灵敏度和实现软切换； 软件无线电技术易于多模工作； 智能天线技术易于提高载干比； 多用户检测技术以消除和降低多址干扰； 可与固定网中的电路交换和分组交换网很好地相适应，满 足各类用户对话音及高、中、低速率数据业务的需求。
当然，GSM也允许特殊的稀路由状态下，将8个时隙合并为4个时 隙，甚至2个时隙或1个时隙，此时，允许的小区覆盖半径最大 可达290Km。
28
1
与移动通信相关的射频知识简介
1.11 EDGE的基本概念
虽然GPRS采用了多时隙操作模式，但也只能将传输速率提高到 几十kb/s，受限制的主要因素在于GPRS 同GSM的射频调制方式 (GMSK)高斯最小移频键控。为了进一步提高GSM系统的容量，欧 洲电信标准协会（ETSI）推出了一种增强数据率的演进方案. 即EDGE（Enhanced Date Rates for GSM Evolution），也被称 为GSM的2.75G系统。
即电压驻波比 VSWR Vmax 1 （无穷大） Vmin 1
无耗短路线的驻波特性
6
1
与移动通信相关的射频知识简介
1.1.3射频终端开路线（全反射）
当射频传输线终端开路 时，信号为全反射。
电压反射系数 1
即电压驻波比 VSWR Vmax 1 （无穷大） Vmin 1
24
1
与移动通信相关的射频知识简介
1.7 发信功率及其单位换算
通常发信机功率单位为“瓦特”（W），它也可以表示为dBw，即以1W 为基准的功率分贝值， 即
为了便于计算，发信功率单位也可用“毫瓦”（mW）表示，同样，它 也可以表示为dBmW（简写为dBm），即以1mW为基准的功率分贝值，而 1W = 1000 mW 1 dBW = 30dBm 或
16
1
与移动通信相关的射频知识简介
1.1.8从低频的集中参数的谐振回路向射频圆柱形谐振腔 过渡
17
1
与移动通信相关的射频知识简介
1.2 无线电频段和波段命名
无线电频谱可划分为如下12个频段（见表1.1）。频率的单位是赫兹或周／秒， 还可以使用千赫（kHz）、兆赫（MHz）、吉赫（GHz）表示。
表1.1 无线电频段和波段命名
4
1
与移动通信相关的射频知识简介
1）短线集中参数概念
低频短线集中参数电路
2）射频长线分布参数概念
射频长线分布参数电路
5
1
与移动通信相关的射频知识简介
1.1.2射频终端短路线（全反射）
当射频传输线终端短路时 信号为全反射。
电压反射系数 反射点的反射电压( ZH ZO ) 1 反射点的入射电压( ZH ZO )
EDGE系统引入了多电平调制方式——8PSK调制，使用户数据信 道每时隙的比特率从22.8 kb/s提高到69.2 kb/s，而所有的控 制信道仍采用GMSK调制方式。 尽管EDGE理论上可以达到的最高码率约每帧560 kb/s,但实际上 它还要受移动速度的限制,随着速度的提高,其码率将降至384 kb/s（V=100km/hr时）,甚至到144 kb/s（V=250km/hr时）。
25
1
与移动通信相关的射频知识简介
1.8 接收机的热噪声功率电平
26
1
与移动通信相关的射频知识简介
1.9 接收机的底噪及接收机灵敏度
底噪即为接收机的热噪声功率+该接收机的噪声系数NF； 如GSM基站接收机的热噪声系数NF=5dB时， 底噪声=N0+5=-116dBm 接收机灵敏度，即为: 接收机的底噪声+C/I(接收机解调相关业务时要求的载干比)
它的主要特点：是模拟话音直接调频。
22
1
与移动通信相关的射频知识简介
1.5 第二代移动通信系统及其主要特点
第二代蜂窝移动通信系统以数字传输方式实现话音和低速数 据业务，以GSM为主, IS-95CDMA为辅。主要商用时间从90年 代中期开始到现在。 它的主要特点是：
低速率话音编码技术和数字调制(数字话音)； 每载波多路、时分多址或码分多址接入。
②第三代公众蜂窝移动通信系统的补充工作频段： 频分双工(FDD)方式：1755~1785 MHz / 1850~1880 MHz； 时分双工(TDD)方式：2300~2400MHz，与无线电定位业务共用，均为主 要业务。
20
1
Βιβλιοθήκη Baidu
与移动通信相关的射频知识简介
③IMT-2000的卫星移动通信系统工作频段：1980~2010 MHz / 2170~2200 MHz。 ④目前已规划给公众蜂窝移动通信系统的825~835 MHz / 870~880 MHz、885~915 MHz / 930~960 MHz和1710~1755 MHz / 1805~1850 MHz频段等，同时规划作为第三代公众移动通信系统的演进扩展频段。 此外，为满足铁路系统调度通信等业务发展需要，拟将885~889MHz （上行）和930~934MHz（下行）作为GSM-R（EGSM）系统使用的频段； 为满足射频电子标签业务发展的需要，将840~845MHz和920~925MHz 规划作为RFID使用的频段（试用）。
1.1.5 射频传输线终端不完全匹配
当射频传输线阻抗ZL不完全等于传输线特性阻抗Z0时，信号有局部 反射，电压反射系数0< Γ <1。
电压驻波比VSWR Vmax 1 Vmin 1 V. （工程时控制在 ~ 1.5之间）。 1
电压驻波比在工程上常用回波损 耗RL表示，对应关系如右表： V 1 相应公式R L 20lg （dB）。 . V -1
对于G网，当B=200KHZ；NF=5dB；C/I=12dB时， 接收机灵敏度(dBm)=-174+53+5+12=-116dBm+12
=-104dBm
27
1
与移动通信相关的射频知识简介
1.10 G网的时间提前量TA和最大小区半径的限制
GSM规范中，时间提前量TA包含6位二进制码元，数值范围为0～ 63，每个码元传输时间为3.69us，因此Tamax=233us，这相当于 电波传输35Km的往返时间。从这点出发，也可推知，GSM（当8 个时隙正常运用时）的小区覆盖最大半径只能是35Km。
1000~100米 (m) 100~10米 10~1米 10~1分米 10~1厘米 (m) (m) (dm) (cm)
11
12
极高频（EHF）
至高频
30~300吉赫 （GHz）
300~3000吉赫（GHz）
毫米波
丝米波
10~1毫米
(mm)
10~1丝米 (dmm)
18
1
与移动通信相关的射频知识简介
1.3 移动通信系统使用频段
射频基础知识
京信通信系统（中国）有限公司
苏华鸿(hh_su@comba.com.cn) 2013年8月15日
目 录
1 2 3 与移动通信相关的射频知识简介 电波传播 无线电干扰
1
与移动通信相关的射频知识简介
1.1 何谓射频
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。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。 在1.1表中其波长在VHF甚高频(米)和UHF特高频(分米)波 段通常被我们用作移动通信，所以我们叫它做移动通信射 频。
14
1
与移动通信相关的射频知识简介
5）微带线
微带线的结构及电磁场分布
15
1
与移动通信相关的射频知识简介
5）微带线
这是一种非对称性双导体平面传输系统，它具有一个中心导 体带条和一个接地板，可以看成是由平行双线演变而来的， 在双导体中间放一导体平面构成镜像，再去掉一根圆柱导体 就变成微带线，如下图：
开路线的特性
7
1
与移动通信相关的射频知识简介
1.1.4射频传输线终端完全匹配
当射频传输线阻抗ZL完全等于传输线特性阻抗Z0时，信号无反 射，电压反射系数Γ =0。
Vmax 1 即电压驻波比VSWR 1.为行波状态。 Vmin 1
Z0
ZL
8
1
与移动通信相关的射频知识简介
11
1
与移动通信相关的射频知识简介
2）同轴线
r 为介质的介电常数
Z0=
138 L1 = r C1
lg( b ) a
()
同轴线封闭，无辐射
12
1
与移动通信相关的射频知识简介
3）带状线，又称三板线、板线或介质夹层线
带状线的结构及场分布
13
1
与移动通信相关的射频知识简介
4）同轴线向带状线演化
波长范围 （含下限、不含上限） 100~10兆米 (Mm) 10~1兆米 (Mm)
300~3000赫 （Hz） 3~30千赫 （kHz）
1000~100千米 (km) 100~10千米 (km) 10~1千米 (km)
30~300千赫 （kHz） 300~3000千赫 （kHz） 3~30兆赫 （MHz） 30~300兆赫 （MHz） 300~3000兆赫（MHz） 3~30吉赫 （GHz）
段号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 频段名称 极低频（ELF） 超低频（SLF） 特低频（ULF） 甚低频（VLF） 低 频（LF） 中 频（MF） 高 频（HF） 甚高频（VHF） 特高频（UHF） 超高频（SHF） 频率范围 （含上限、不含下限） 3~30赫 30~300赫 （Hz） （Hz） 波段名称 极长波 超长波 特长波 甚长波 长 波 中 波 短 波 米 波 分米波 厘米波
9
电压驻波比 VSWR(K) 回波损耗RL（dB）
1.2
21
1.25
19
1.3
17.6
1.35
16.6
1.4
15.6
1.5
14
2.0
9.5
1
与移动通信相关的射频知识简介
1.1.6 在不同反射系数Γ下传输线的电压驻波分布
︱︱ U
入/2 入/2 负载
终端短路
Γ=-1
︱︱ U
入/2 入/2 -X
全反射
终端开路 Γ=+1
︱︱ U
-X
全反射
终端匹配 Γ=0
-X
无反射
︱︱ U
终端不完全匹配 0〈|Γ|〈1 局部反射
-X
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与移动通信相关的射频知识简介
1.1.7 射频各种馈线 1）平行双线
r 为介质的介电常数
1）趋肤效应显著； 2）辐射损耗增加； 3）支撑物损耗增加。
Z0=
L1 276 = r C1
lg
2D d （）
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与移动通信相关的射频知识简介
1.1.1长线和短线的概念
A B
（a）短线情况
(a)
B A (b )
（b）长线情况
电流电压沿线分布图
图（a）表示的是半波长的波形图，AB是线上的一小段，它比波长小得多。 由图可见，线段AB上各点的电流或电压的幅度和相位几乎不变，此时的线 段AB是一段“短线”。如果频率很高，虽然线段AB的长度相同，但在某一 瞬时线上各点电流或电压的幅度和相位均有很大变化，如图（b）所示，此 时的线段AB即应视为“长线”.我们把传输线的几何长度（L)与其上传输电 信号的波长（λ ）之比L/λ ，称为传输线的相对长度或者叫电长度。
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与移动通信相关的射频知识简介
为满足第三代（3G）蜂窝移动通信技术和业务发展的需求，中国于 2002年对3G系统使用的频谱作出了如下规划： ①第三代公众蜂窝移动通信系统的主要工作频段： 频分双工(FDD)方式：1920~1980 MHz / 2110~2170 MHz；
时分双工(TDD)方式：1880~1920MHz、2010~2025 MHz。
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与移动通信相关的射频知识简介
1.4 第一代移动通信系统及其主要特点
近代的陆地移动通信系统，也称为蜂窝移动通信系统；自 80年代起，已历经三代。第一代的主要特点是利用模拟传输方 式实现话音业务，以AMPS（美国、南美洲）、TACS（英国、中 国）和NMT（北欧）为代表。主要商用时间从80年代初开始到90 年代前期。
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1
与移动通信相关的射频知识简介
1.6 第三代移动通信系统及其主要特点
第三代蜂窝移动通信系统以更高速的数据业务和更好的频谱利 用率为目标，采用宽带CDMA为主流技术，目前已形成三种空中 接口标准，即WCDMA 、 TD-SCDMA和CDMA2000。今后十年内将 逐步替代第二代系统而成为主流。 它的主要特点是：(数字话音+高、中、低速率数据业务) 新型的调制技术，包括多载波调制和可变速率调制技术； 高效的信道编译码技术，除了沿用第二代的卷积码外，还 对高速数据采用了Turbo纠错编码技术； Rake接收多径分集技术以提高接收灵敏度和实现软切换； 软件无线电技术易于多模工作； 智能天线技术易于提高载干比； 多用户检测技术以消除和降低多址干扰； 可与固定网中的电路交换和分组交换网很好地相适应，满 足各类用户对话音及高、中、低速率数据业务的需求。
当然，GSM也允许特殊的稀路由状态下，将8个时隙合并为4个时 隙，甚至2个时隙或1个时隙，此时，允许的小区覆盖半径最大 可达290Km。
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与移动通信相关的射频知识简介
1.11 EDGE的基本概念
虽然GPRS采用了多时隙操作模式，但也只能将传输速率提高到 几十kb/s，受限制的主要因素在于GPRS 同GSM的射频调制方式 (GMSK)高斯最小移频键控。为了进一步提高GSM系统的容量，欧 洲电信标准协会（ETSI）推出了一种增强数据率的演进方案. 即EDGE（Enhanced Date Rates for GSM Evolution），也被称 为GSM的2.75G系统。
即电压驻波比 VSWR Vmax 1 （无穷大） Vmin 1
无耗短路线的驻波特性
6
1
与移动通信相关的射频知识简介
1.1.3射频终端开路线（全反射）
当射频传输线终端开路 时，信号为全反射。
电压反射系数 1
即电压驻波比 VSWR Vmax 1 （无穷大） Vmin 1
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与移动通信相关的射频知识简介
1.7 发信功率及其单位换算
通常发信机功率单位为“瓦特”（W），它也可以表示为dBw，即以1W 为基准的功率分贝值， 即
为了便于计算，发信功率单位也可用“毫瓦”（mW）表示，同样，它 也可以表示为dBmW（简写为dBm），即以1mW为基准的功率分贝值，而 1W = 1000 mW 1 dBW = 30dBm 或
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与移动通信相关的射频知识简介
1.1.8从低频的集中参数的谐振回路向射频圆柱形谐振腔 过渡
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与移动通信相关的射频知识简介
1.2 无线电频段和波段命名
无线电频谱可划分为如下12个频段（见表1.1）。频率的单位是赫兹或周／秒， 还可以使用千赫（kHz）、兆赫（MHz）、吉赫（GHz）表示。
表1.1 无线电频段和波段命名
4
1
与移动通信相关的射频知识简介
1）短线集中参数概念
低频短线集中参数电路
2）射频长线分布参数概念
射频长线分布参数电路
5
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与移动通信相关的射频知识简介
1.1.2射频终端短路线（全反射）
当射频传输线终端短路时 信号为全反射。
电压反射系数 反射点的反射电压( ZH ZO ) 1 反射点的入射电压( ZH ZO )
EDGE系统引入了多电平调制方式——8PSK调制，使用户数据信 道每时隙的比特率从22.8 kb/s提高到69.2 kb/s，而所有的控 制信道仍采用GMSK调制方式。 尽管EDGE理论上可以达到的最高码率约每帧560 kb/s,但实际上 它还要受移动速度的限制,随着速度的提高,其码率将降至384 kb/s（V=100km/hr时）,甚至到144 kb/s（V=250km/hr时）。
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与移动通信相关的射频知识简介
1.8 接收机的热噪声功率电平
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与移动通信相关的射频知识简介
1.9 接收机的底噪及接收机灵敏度
底噪即为接收机的热噪声功率+该接收机的噪声系数NF； 如GSM基站接收机的热噪声系数NF=5dB时， 底噪声=N0+5=-116dBm 接收机灵敏度，即为: 接收机的底噪声+C/I(接收机解调相关业务时要求的载干比)
它的主要特点：是模拟话音直接调频。
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与移动通信相关的射频知识简介
1.5 第二代移动通信系统及其主要特点
第二代蜂窝移动通信系统以数字传输方式实现话音和低速数 据业务，以GSM为主, IS-95CDMA为辅。主要商用时间从90年 代中期开始到现在。 它的主要特点是：
低速率话音编码技术和数字调制(数字话音)； 每载波多路、时分多址或码分多址接入。
②第三代公众蜂窝移动通信系统的补充工作频段： 频分双工(FDD)方式：1755~1785 MHz / 1850~1880 MHz； 时分双工(TDD)方式：2300~2400MHz，与无线电定位业务共用，均为主 要业务。
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与移动通信相关的射频知识简介
③IMT-2000的卫星移动通信系统工作频段：1980~2010 MHz / 2170~2200 MHz。 ④目前已规划给公众蜂窝移动通信系统的825~835 MHz / 870~880 MHz、885~915 MHz / 930~960 MHz和1710~1755 MHz / 1805~1850 MHz频段等，同时规划作为第三代公众移动通信系统的演进扩展频段。 此外，为满足铁路系统调度通信等业务发展需要，拟将885~889MHz （上行）和930~934MHz（下行）作为GSM-R（EGSM）系统使用的频段； 为满足射频电子标签业务发展的需要，将840~845MHz和920~925MHz 规划作为RFID使用的频段（试用）。
1.1.5 射频传输线终端不完全匹配
当射频传输线阻抗ZL不完全等于传输线特性阻抗Z0时，信号有局部 反射，电压反射系数0< Γ <1。
电压驻波比VSWR Vmax 1 Vmin 1 V. （工程时控制在 ~ 1.5之间）。 1
电压驻波比在工程上常用回波损 耗RL表示，对应关系如右表： V 1 相应公式R L 20lg （dB）。 . V -1
对于G网，当B=200KHZ；NF=5dB；C/I=12dB时， 接收机灵敏度(dBm)=-174+53+5+12=-116dBm+12
=-104dBm
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与移动通信相关的射频知识简介
1.10 G网的时间提前量TA和最大小区半径的限制
GSM规范中，时间提前量TA包含6位二进制码元，数值范围为0～ 63，每个码元传输时间为3.69us，因此Tamax=233us，这相当于 电波传输35Km的往返时间。从这点出发，也可推知，GSM（当8 个时隙正常运用时）的小区覆盖最大半径只能是35Km。
1000~100米 (m) 100~10米 10~1米 10~1分米 10~1厘米 (m) (m) (dm) (cm)
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极高频（EHF）
至高频
30~300吉赫 （GHz）
300~3000吉赫（GHz）
毫米波
丝米波
10~1毫米
(mm)
10~1丝米 (dmm)
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与移动通信相关的射频知识简介
1.3 移动通信系统使用频段
射频基础知识
京信通信系统（中国）有限公司
苏华鸿(hh_su@comba.com.cn) 2013年8月15日
目 录
1 2 3 与移动通信相关的射频知识简介 电波传播 无线电干扰
1
与移动通信相关的射频知识简介
1.1 何谓射频
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。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。 在1.1表中其波长在VHF甚高频(米)和UHF特高频(分米)波 段通常被我们用作移动通信，所以我们叫它做移动通信射 频。
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与移动通信相关的射频知识简介
5）微带线
微带线的结构及电磁场分布
15
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5）微带线
这是一种非对称性双导体平面传输系统，它具有一个中心导 体带条和一个接地板，可以看成是由平行双线演变而来的， 在双导体中间放一导体平面构成镜像，再去掉一根圆柱导体 就变成微带线，如下图：
开路线的特性
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与移动通信相关的射频知识简介
1.1.4射频传输线终端完全匹配
当射频传输线阻抗ZL完全等于传输线特性阻抗Z0时，信号无反 射，电压反射系数Γ =0。
Vmax 1 即电压驻波比VSWR 1.为行波状态。 Vmin 1
Z0
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与移动通信相关的射频知识简介
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与移动通信相关的射频知识简介
2）同轴线
r 为介质的介电常数
Z0=
138 L1 = r C1
lg( b ) a
()
同轴线封闭，无辐射
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3）带状线，又称三板线、板线或介质夹层线
带状线的结构及场分布
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4）同轴线向带状线演化