第四章 射频微电子学 之收发机架构
无线通信收发机结构(共30张PPT)
两步法，即将调制和上变频分开，先在中频上进行调制，然 后再将已调信号上变频到发射的载频上。
会降低中频输出的信噪比。
这无种线接 传收感利机器采网于用络抑二〔次W制S变N频〕频超是外当率差前式国干结际构上扰，备中受和频关提注的高、多输学 出中频信噪比。但高中频使具有
5V电压供电，接收机仅消耗19.
抑制要求相和同滤波Q器的值可的实现中性。频滤波器的绝对带宽变大，必然会降低相邻信
科高度交叉的新兴前沿热点研究领域。
波数字化，便可得到数字中频接收机，其结构如下图： 掌握：超外差式、零中频、低中频、数字中频等接收机的 直接下变频方案的原理框图 波，来完成基带信号到射频信号的转换。 此，超外差接收机的一个重要问题是如何选择适宜的中频频 要是依靠信道选择滤波器，因此高的中频降低了接收机的信 二次变频超外差接收机的优点是电路结构形式简单、性能 同时本章又列举了接收发射机的根本指标，让读者比较全面的了解系统的特性，这对后面具体电路分析与设计具有指导意义。 本章在介绍无线通信收发机低噪声放大微弱的接收信号、输出足够的发射功率、搬移信号的频谱、调制各种载波等主要 功能和收发机的主 要性能指标的基础上，阐述超外差式 、零中频、低中频、数字中频等接收机的结构和特点，最后介绍了集成收发机的发展趋势。 1917年，阿姆斯特朗创造了超外差式接收机，如今这种 有用的射频信号和镜像频率信号经过下变频后，频谱交 掌握：超外差式、零中频、低中频、数字中频等接收机的 2 无线通信接收机结构 2 无线通信接收机结构 11a/b/g,HomeRF,Bluetooth和ETSI的
射频通信电路- 发送、接收机结构
)t
Vim 2
sin(LO
im )t
vB (t)
VRF 2
cos(LO
RF )t
Vim 2
cos(LO
im )t
vA shift 90o ( LO RF 0,LO im 0)got
vC (t)
VRF 2
cos(LO
RF )t
Vim 2
低通 滤波器
A
90o C
sin1t
中频输出
asscuomse1t: vRF (t) VRF added and tim滤低e波d通器by
cos
B
RF
t
cos LOt
, vim (t) Vim cos imt and sin LOt, got
vA (t)
VRF 2
sin(LO
RF
17
4·2·4 数字中频方案
第一次混频后的信号经放大直接进行A/D变换，然后采用 两个正交的数字正弦信号作本振，采用数字相乘和滤 波后得到基带信号。
优点：处理灵活
缺点：对A/D要求高：速度、分辨率(量化噪声)、动态范 围、线性度
2019/10/15
Information&Communication Engineering Dept. XJTU
措施：用变频器前端的滤波器BPF1滤除干扰频率信号
2019/10/15
Information&Communication Engineering Dept. XJTU
8
4·2·1 超外差式接收机
中频选择
灵敏度：中频高，镜像频率远离有用信号，利于 抑制镜像频率干扰，提高接收机灵敏度。
收发机的组成
收发机的组成
《收发机的组成》
嘿，咱今天就来聊聊收发机这玩意儿的组成哈！你们知道吗，我有一次特别有意思的经历，就和收发机有关呢。
那回啊，我去一个朋友家玩，他呀，是个无线电爱好者，家里有各种各样的收发机设备。
我看着那些奇奇怪怪的东西，就特别好奇。
朋友就开始给我讲起收发机的组成啦。
他说收发机就像一个神奇的小盒子，里面有好多重要的部分呢。
首先啊，得有个天线，这天线就像是收发机的小耳朵，专门用来接收和发送信号的。
然后呢，还有个射频前端，这可是个关键的地方，就像个信号的小管家，把信号处理得好好的。
再就是调制解调器啦，它就像个翻译官，把信息进行转换。
还有电源部分呀，就像是收发机的能量小仓库，给它提供动力。
我一边听着朋友讲，一边盯着那些收发机看，感觉真的好神奇啊！我就在想，这么个小玩意儿，居然有这么多复杂的组成部分，还能让我们实现远距离的通信，太了不起啦！
从那以后啊，我对收发机就有了更深的认识，每次看到收发机，我都会想起那次在朋友家的有趣经历，想起收发机那些神奇的组成部分。
原来这些小小的部件组合在一起，就能发挥出这么大的作用呀！哈哈，收发机可真是个有趣的东西呢！。
射频与通信集成电路-无线收发机结构
无线接收机结构 —— 零中频
2) 存在的问题
(1) 本振泄漏(LO Leakage)
LO
泄漏
» 如果本振信号是差分的，
则泄漏到天线端会相互
抵消。
RF BPF LNA
LPF
LO
(2) 偶次失真干扰(Even-Order Distortion)
» 混 频 器 的 RF 干扰信号
口 与 IF口 的 隔
有用信号 LNA
混频: 更数学地看问题
混频原理 ─ 实信号的Fourier变换：正负频率分量同时存在且互为共轭
x(t) X () x(t)e jt dt
X () X ()
cos(ct) [ ( c ) ( c )] sin(ct) j[ ( c ) ( c )]
─ 复信号可能只存在单边频率分量
– LNA »低噪声，在不造成接收机线性度恶化的前提下提供一定的增益，抑制后 续电路噪声
无线接收机结构
– RF Filter 2 » 抑制由LNA放大或产生的镜像干扰 » 进一步抑制其它杂散信号 » 减小本振泄漏
– Mixer » 下变频器 » 接收机中输入射频信号最强的模块，线性度极为重要，同时要求较 低的噪声
c(t)
x(t)
cos(ct)
1 2
[
X
(
c
)
X
(
c
)]
x(t ) sin(ct )
j [X 2
(
c
)
X
(
c )]
x(t)e jct X ( c ) x(t)e jct X ( c )
结论：时域相乘 => 频域卷积 => 频谱搬移
混频
上变频（正弦载波幅度调制）：基带 射频
射频电路原理框图
射频电路的主要元件及工作原理
• 低通滤波器滤掉鉴相器输出的高频成分，以防止高频谐波对 VCO 电路的影响。在鉴相器中，参考信号与VCO 分频后的 信号进行比较。 • VCO 是一个电压一频率转换装置，它将电压的变化(鉴相器 输出电压的变化)转化为频率的变化。VCO 输出的信号通常 是一路到其他功能电路；另一路回到分频器作取样信号 • 4）、压控振荡器（VCX0）：同上描述。 • 5）、稳压器（Regulators）：作为芯片内部的稳压器，将 输入电池电压转换成内部电路所需的工作电压。
• 天线匹配网络（L604、C611、C614）：主要是完成主板与 天线之间的功率匹配，以使天线的效率尽可能高。 射频连接器（J600）：又叫同轴连接器或射频开关，作 用主要是为手机的测试提供端口。其内部是簧片的接触结 构，相当于一个机械开关，通常状态下开关处于闭合状态， 当射频线探头插入射频连接器时，簧片一端将与主板的天线 通路断开，而与射频线探头接触，此时手机与测试仪器之间 就通过射频连接器与射频线进行信号的传输。具体结构见图 2。
射频电路的主要元件及工作原理
无顶针插入时， 簧片处于接触状 态，信号由天线 接收至主板
射频头顶 针插入时 将簧片断 开，信号 有综测仪 连接至主 板
图2:射频连接器内部结构及开关方式
射频电路的主要元件及工作原理
• 2、双工滤波器（U601）： 双工滤波器是一种无源器件，内部包括发射滤波器和 接收滤波器，它们都是带通滤波器。作用是将接收射频 信号与发射射频信号分离，以防止强的发射信号对接收 机造成影响。由于发射信号总是比接收信号强，而强信 号对弱信号有抑制作用，会使接收电路被强信号阻塞， 使接收的弱信号被淹没，引起接收灵敏度下降。所以接 收滤波器就是阻止发射信号串人接收电平，当然，也有 一并拒收天线接收到的接收频段以外的信号；而发射滤 波器则拒绝接收频率段的噪声功率及发射调制信号。
第四章 射频微电子学 之收发机架构
第四章 4.1 概述
发送﹑接收机结构
发射部分
天线公用器
接收部分
通信机基本结构
射频级基本结构
结构方案
本章主要内容：介绍发送、接收机的
主要指标
射频发射级的基本组成及完成功能
①产生正弦载波 ②完成基带信号对载波的调制 ③将通带信号搬移到所需的频段 ④放大到足够的功率并发射 ⑤不干扰相邻信道 限制频带 通带信号（已调波） 上变频
A cos( c t )
调频 调相
模拟调制——基带信号是模拟信号 数字调制——基带信号是数字信号
衡量调制解调器好坏的主要性能指标
1.抗噪声抗干扰能力
2. 调制方式的频谱有效性
在保证传输速率和质量条件下，使用带宽越小越好 3.调制方式的功率有效性 线性功率放大器?
放大已调射频信号,可用
非线性功率放大器?
2dB
-12 13 20.1 11
6dB
100 7 14.1 5
12dB
5 12 15 100
5dB
100 7 10
10dB
3.系统指标分配与计算
电路设计前，必须进行的三个方面的工作 1. 合理确定接收机﹑发射机的整机指标
依据:通信环境﹑通信距离﹑工作频段﹑调制方式等一系列因素
2. 将系统指标分配到各个单元模块，定出单元模块合理的指标值 分配原则: ① 根据各部件的物理可实现性， ② 根据每个部件的指标对整机的影响 3. 在选定了各模块的集成电路芯片后，
优点：可避免I / Q两路的不一致
难点：对A/D变换器要求很高 转换速度高、较高的分辨率和较小的噪声 、 线性度很高 、要求有较大的动态范围。
4.3 发射机方案
一. 直接变换法
第05章 收发机结构
c(t)=cos(ωLOt) C(ω)=π[δ (ω + ωLO)+δ (ω − ωLO)]
Ch.5：11 of 42
西安交通大学微电子学院
镜频对下变频的影响
RF+Image cos(ωLOt)
IF+Interference |ωLO — ωIM |=ωIF |ωRF — ωLO|=ωIF
造成干扰
Ch.5：3 of 42
西安交通大学微电子学院
接收机或发射机是一个系统，系统级的设计和优化具有更 重要的意义 决定总体大小、功耗、性能 协调各电路模块，确保达到指标 收发机(Transceiver) 结构对IC设计的影响 电路的复杂度 各级电路的工作频率、增益、噪声系数、线性度、功耗 收发机结构对集成度和成本的影响 PCB线路的复杂度 片外元件，尤其是高Q值滤波器、谐振器的费用 元件安装( 焊接) 的成本 电路调试的费用
Ch.5：16 of 42
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超外差接收机 (1)
超外差(Super-heterodyne) 结构 本振频率≠射频中心频率，两者之差为中频频率 使用混频器将高频信号搬到一个低得多的中频频率后再 进行信道滤波、放大和解调，解决了高频信号处理所遇到 的困难。 依靠周密的中频频率选择和高品质的射频( 镜像抑制) 和 中频( 信道选择) 滤波器，精心设计的超外差接收机可以达 到很高的灵敏度、选择性和动态范围，因此长久以来成为 了高性能接收机的首选
Ch.5：28 of 42
西安交通大学微电子学院
零中频接收机 (3)
DC 偏移（DC Offset）
由于信号频谱在直流处，所以DC偏移的影响很严重，
射频电路
第四节射频电路结构和工作原理一、射频电路组成和特点：普通手机射频电路由接收通路、发射通路、本振电路三大电路组成。
其主要负责接收信号解调；发射信息调制。
早期手机通过超外差变频（手机有一级、二级混频和一本、二本振电路），后才解调出接收基带信息；新型手机则直接解调出接收基带信息（零中频）。
更有些手机则把频合、接收压控振荡器（RX—VCO）也都集成在中频内部。
RXI-PRXQ-PRXQ-N（射频电路方框图）1、接收电路的结构和工作原理：接收时，天线把基站发送来电磁波转为微弱交流电流信号经滤波，高频放大后，送入中频内进行解调，得到接收基带信息（RXI-P、RXI-N、RXQ-P、RXQ-N）；送到逻辑音频电路进一步处理。
1、该电路掌握重点:（1）、接收电路结构。
（2）、各元件的功能与作用。
(3)、接收信号流程。
电路分析:（1）、电路结构。
接收电路由天线、天线开关、滤波器、高放管（低噪声放大器）、中频集成块（接收解调器）等电路组成。
早期手机有一级、二级混频电路，其目的把接收频率降低后再解调(如下图)。
（接收电路方框图）（2）、各元件的功能与作用。
1)、手机天线：结构：（如下图）由手机天线分外置和内置天线两种；由天线座、螺线管、塑料封套组成。
塑料封套螺线管（外置天线）（内置天线）作用：a)、接收时把基站发送来电磁波转为微弱交流电流信号。
b)、发射时把功放放大后的交流电流转化为电磁波信号。
2)、天线开关：结构：（如下图）手机天线开关（合路器、双工滤波器）由四个电子开关构成。
900M收收GSM900M收控收控900M发控GSM900M发入GSM（图一）（图二）作用：其主要作用有两个：a ）、 完成接收和发射切换；b ）、 完成900M/1800M 信号接收切换。
逻辑电路根据手机工作状态分别送出控制信号（GSM-RX-EN ；DCS- RX-EN ；GSM-TX-EN ；DCS- TX-EN ），令各自通路导通，使接收和发射信号各走其道，互不干扰。
射频光发收机的探究及优化设计
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。
GSM手机射频射频收、发机介绍
二、手机射频系统
• 射频系统由射频接收和射频发射两部分组成。射频接 收电路完成接收信号的滤波、信号放大、解调等功能；射 频发射电路主要完成语音基带信号的调制、变频、功率放 大等功能。手机要得到GSM系统的服务,首先必须有信号 强度指示,能够进入GSM网络。手机电路中不管是射频接 收系统还是射频发射系统出现故障,都能导致手机不能进 入GSM网络。 • 手机射频单元包括以下部分： 1.收发信单元 2.功率放大单元 3.开关单元 4.天线单元
在手机接收机电路中,主要有以下几个不同的功能电路，组合而成。 接收天线(ANT)：作用是将高频电磁波转化为高频信号电流。 双工滤波器：作用是将接收射频信号与发射射频信号分离,以防止强的发射信号对接收机造成 影响。双工滤波器包含一个接收滤波器和一个发射滤波器,它们都是带通射频滤波器。
天线开关：作用同双工滤波器，由于GSM手机使用了TDMA技术,接收机与发射机间歇工作, 天线开关在逻辑电路的控制下,在适当的时隙内接向接收机或发射机通道。
低 通 滤波
可变增 益放大
I
Q
数字低中频变频 优点：抗邻信道干扰能力强，消除了直流漂移干扰问题，结构简单， 便于集成 缺点： 对变频器要求较高
RF 输入 带通滤 波 低噪声 放大 变频 低 通 滤波 可变增 益放大 模数转 换
I
数字变频 数字滤波
数 模 转换 Q
5.噪声与杂散 噪声和杂散是电子系统存在的干扰的两种表现形式 噪声频谱是连续的，是无法完全消除的 杂散频谱是非连续的，是可以消除的
当变频器的输出为信号频率与本振信号之和,且比信号频率高时,所用的变频 器被称为上边带上变频。当变频器的输出信号为信号频率与本振信号之差,且 比信号频率高时,所用的变频器被称为下边带上变频。 混频器包括晶体管混频器、场效应管混频器、肖特基势垒二极管混频器以及 集成混频器等。
发接收机射频硬件(有用)
P1dB
输入功率
A
911
7
滤波器
滤波器一般有如下四种类型：低通（ 滤波器一般有如下四种类型：低通（允 许低于某一频率的信号通过） 高通、 许低于某一频率的信号通过） 、高通、 带通、 带通、带阻 滤波器拥有共同的频率属性：频率越高， 滤波器拥有共同的频率属性：频率越高， 滤波器越小。 滤波器越小。 通常滤波器为无源器件， 通常滤波器为无源器件，事实上滤波器 通过改变他们的插入损耗（ 通过改变他们的插入损耗（一般无源器 件都有插入损耗）来工作的， 件都有插入损耗）来工作的，插入损耗 为频率的函数 以带通滤波器为例，如右图所示。 以带通滤波器为例，如右图所示。频率 在小于A点或大于 点时插入损耗很高， 点或大于B点时插入损耗很高 在小于 点或大于 点时插入损耗很高， 高插入损耗使得滤波器除去了这些无用 信号
10
回顾
以接收机为例回顾一下： 以接收机为例回顾一下： 天线将不可见的波转化为导线上的电流，但信号由于路径损耗和吸收变弱， 天线将不可见的波转化为导线上的电流，但信号由于路径损耗和吸收变弱， 加入LNA,在监听非常小的射频信号的同时将其放大（由于是 在监听非常小的射频信号的同时将其放大（ 引进的NF 加入 在监听非常小的射频信号的同时将其放大 由于是LNA引进的 引进的 ），然后用滤波器滤去通过天线进入的不需要信号 然后用滤波器滤去通过天线进入的不需要信号。 小），然后用滤波器滤去通过天线进入的不需要信号。
通过混频器后恢复原始信号（ ），但由于混频器产生两个信 通过混频器后恢复原始信号（400MHZ），但由于混频器产生两个信 ）， 令一个信号必须滤除。因此需要再加上滤波器。 号，令一个信号必须滤除。因此需要再加上滤波器。 最后再通过放大器将原始信号放大
无线通信中射频收发机结构及应用讲解材料 (2)
如WiFi、蓝牙、ZigBee等，以满足不同应用场景的需求。
未来发展方向和挑战
高效能与低功耗
随着物联网和智能终端的普及，对射频收发机的性能要求 越来越高，需要进一步提高其效能和降低功耗，以适应绿 色环保的需求。
集成化与小型化
随着移动设备的轻薄化趋势，射频收发机需要实现集成化 和小型化，以适应移动设备内部空间的限制。
02
射频收发机结构
发射机结构
调制器
将基带信号转换为适合传输的调制信号。
滤波器
滤除不必要的频率成分，确保信号的纯度。
功率放大器
放大调制信号的功率，使其能够有效地传输。
天线
将电磁波转换为可传输的信号，并辐射到空 间中。
接收机结构
01
02
03
04
天线
接收空间中的电磁波并将其转 换为电信号。
低噪声放大器
01
03
移动通信系统的不断发展对射频收发机的性能提出了 更高的要求，如更高的传输速率、更低的功耗和更小
的体积等。
04
射频收发机在移动通信系统中的工作原理是通过调制 和解调技术将信号转换为适合传输的频段，然后通过 天线发送和接收信号。
无线局域网中的应用
01
无线局域网是射频收发机的另一个重要应用领域。通过在局域网中引 入无线传输方式，射频收发机实现了网络信号的无线传输。
射频收发机是无线通信系统中的核心组成部分，负责接收和发送无线信
号，实现信息的传输。
02
保障通信质量和稳定性
射频收发机性能的优劣直接影响到无线通信的质量和稳定性，对于保证
信号覆盖范围、降低误码率、提高通信可靠性具有重要意义。
03
支持多种无线通信标准
通信射频电路4 无线通信收发系统结构ppt课件
超外差式接收机
二、二次变频超外差式接收机
为了兼顾镜频抑制（高中频），信道选 择性，IFA的稳定性以及降低对解调器 的要求（低中频），于是便有了二次变 频超外差接收机。
BPF1
LNA
IF 1
BPF2
IFA
1
IF 2
BPF3
IFA
解调
2
本振1 LO1
本振2 LO2
超外差式接收机
设计原则： 一中频ωIF1尽量高以便于抑制镜像干扰。 二中频ωIF2尽量低以便于抑制邻道干扰和 降低解调器难度。 信道增益的大部分由IFA2完成。
由上分析可知要真正做到镜频抑制必须做 到：
超外差式接收机
（1）两条变频支路特性完全一致 信号幅度、增益、时延特性等 （2）精确正交
超外差式接收机
为保证正交性，上方案有如下改进：
BPF2
VRF
本振 -п/2
BPF2
- VIF
π/2
+
Weaver镜频抑制方案
超外差式接收机
上述方案对两条通道的一致性要求对于模 拟电路来讲是很高的，较难做到！ 为此，人们提出了数字中频方案。
超外差式接收机
三、直接下变频（零中频）接收机 取ωLO= ωRF，即将RF信号直接变频到基带， 没有镜像干扰问题。
BPF
LNA
LPF 本振
π/2 LPF
限幅检测 限幅检测
超外差式接收机
优点： （1）无镜频干扰 （2）便于集成化（输出频率低）
超外差式接收机
缺点： （1）频率窜透。 因为ωRF= ωLO，故很容易发生频率窜透。 a.大功率本振向射频端的窜透，易对附近 的邻信道通信造成干扰。 b.相互间的其他窜透还可能带来直流漂移 问题（对同频信号混频器起鉴相作用，不 同的相差对应不同的直流电平。）
无线通信收发机结构课件
功率放大器
将已调信号的功率放大，以便 在无线传输过程中能够覆盖较 大的范围。
天线
将已调信号转化为电磁波，发 送到空中。
接收机的基本结构
天线
接收从空中传来的电磁波。
放大器
将接收到的信号进行放大，以便后续处理。
滤波器
滤除不需要的频率信号，只保留所需频率的 信号。
解调器
从已调信号中提取出基带信号。
频率合成器的基本结构
IEEE 802.11标准衍生出了多种协议和技术，如802.11a、802.11b、802.11g、802.11n和 802.11ac等。
GSM移动通信标准
它定义了无线通信网络的结构、协议和规范，支持语 音、短信和低速数据传输。
GSM（全球移动通信系统）是一种基于时分多址（ TDMA）技术的移动通信标准。
蓝牙模块
集成在设备中，实现与其他蓝牙设备的无线通信。
05
无线通信收发机的发展 趋势和挑战
技术创新和发展趋势
5G技术的推进
随着5G技术的不断发展和普及， 无线通信收发机将更加依赖于高 效、高速的数据传输和处理能力
。
数字化与智能化
数字化和智能化是当前无线通信 收发机的重要发展趋势，能够提
高设备的灵活性和可扩展性。
大。
频率的单位是赫兹（Hz），频 率范围通常在几赫兹到几百兆赫
兹之间。
无线通信收发机需要根据不同的 应用场景选择合适的频率范围。
灵敏度
灵敏度：指无线通信收发机能 够接收到的最小信号强度。灵 敏度越高，能够接收到的信号 就越微弱。
灵敏度的单位通常是分贝（dB ），其数值越小表示灵敏度越 高。
提高灵敏度可以增加无线通信 设备的通信距离和抗干扰能力 。
射频系统架构
射频系统架构参考《零中频射频接收机技术》李智群，王志功东南⼤学射频与光电集成电路研究所超外差架构超外差接收机的结构如下图所⽰，RF BPF的主要作⽤是滤除带外⼲扰，避免LNA异常饱和（LNA的⼯作带宽⼀般⽐较⼤）。
IR Filter是指镜像⼲扰抑制滤波器，主要是⽤来滤除镜像⼲扰的。
超外差接收机的带宽⼀般是由IF BPF来确定的。
该滤波器也被称为信道选择滤波器，此滤波器在确定接收机的选择性和灵敏度⽅便有着⾮常重要的作⽤。
通过适当的选择中频和滤波器可以获得极佳的选择性和灵敏度（通带选择性好理解，那⾼灵敏度如何理解？）。
由于有多个变频级，直流偏差和本振泄露问题不会影响接收机性能。
但镜像⼲扰抑制滤波器和信道选择滤波器均为⾼Q值带通滤波器（关于），他们只能在⽚外实现，从⽽增⼤了接收机的成本和尺⼨。
超外差接收机的优势主要在于多次变频结构，多次变频结构使得整体架构可以安插很多中频滤波器，提⾼了单⼀信号的选择性。
即提⾼了抗⼲扰能⼒。
其次，超外差结构采⽤多级增益的设计，不容易引起⾃激。
在介绍超外差结构的时候，百度百科中有。
在超外差收发机中，⼤部分所需信号增益是由中频模块所提供的。
在固定的中频频点上，相对更为容易取得⾜够⾼⽽且稳定的增益。
在中频取得较⾼增益所需要的功耗⽐在射频取得同样增益所需要的功耗要低得多。
这是由于信道滤波在放⼤前有效地抑制了⾮期望信号和⼲扰，也因此中频放⼤器并不需要有很⼤的动态范围。
⽽且，中频放⼤器和电路的阻抗更⾼。
因为信道滤波之前所取得的⾜够⾼增益，使得它可以取得最佳的灵敏度⽽不使后级放⼤器饱和，所以信道⾼选择性也有助于接收机实现更⾼的灵敏度。
可以通过使⽤有源低通滤波器在模拟基带中进⼀步滤除⾮期望信号或⼲扰。
镜像⼲扰严重？主要是在中频处容易产⽣存在镜像⼲扰，也就是在中频的左右两端都可能存在信息，如果左右两端频差刚好⼀样，那么左右两端的信号与中频接收机本振进⾏混频将会刚好得到两个重叠起来的基带信号。
射频通信电路：第四讲 射频收发机结构
LO
0
ωIF
RF信号1 ωRF1 = ωLO + ωIF
RF信号2 ωRF 2 = ωLO − ωIF
经过混频器之后，下变频分量为： cos (ωRF − ωLO )t
此时得到的中心频率都为
如果信号1为有用信号，信号2为干扰信号，两者同时 存在于混频器前端时，信号2对信号1产生镜像干扰
镜像干扰解决方法-前端滤波器
ωIF ωIF
混频器前端 滤波器
RF, IM
0
ωIM ωLO ωRF
IF
f
LO
0
ωIF
镜像抑制问题的解决办法之一是在混频器之前加带 通滤波器，选出有用信号，滤除其对应的镜像干扰 信号
但射频前级滤波器Q值无法提高，抑制效果一般
镜像干扰解决方法-提高中频
ωIF ωIF
0
ωIM ωLO ωRF
镜像信号与有用信号相差两倍的中频 提高中频可以使得镜像信号远离有用信号，前级滤
Channel Select Filter I
LO LO -900
PGA Q Q-900 Q’
ADC &
DSP
I (t) =
ARF 2
Cos (ωRF
− ωLO ) t +
AIM 2
Cos (ωLO
− ωIM
幅 度
频率
广泛使用与1920年之前 受当时电子器件限制，工作频率都不高 晶体接收机、再生接收机、调谐式接收机等 存在工作频率不高、灵敏度低、频率选择性差
等严重问题
超外差式接收机 Super Heterodyne Receiver
RF
固定中频滤波器
振荡器频率扫描 LO
1913年，美国无线电工程师阿姆斯特朗发明了 超外差电路
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特点: 在较低的频率上调制，再上变频到发射频率 优点: 较低频率处调制容易，正交两支路易一致 缺点：对上变频滤波器要求高
4.4无线发射接收机的性能指标
GSM系统的主要性能
（1）发射频率：移动台发送 基站发送 （2）双工间隔：45MHZ （3）载波信道间隔：200KHZ （4）多址方式：时分多址（TDMA）/频分多址（FDMA） （5）调制方式：最小偏移调制（GMSK） （6）信道比特率：42kbps 890~915MHZ 935~960MHZ
《射频微电子学》
预备知识－－调制、滤波、变频的概念
缓冲 高频振荡 倍频 高频放大 调制 传输线 声音 话筒 音频放大 （直流电源未画）
无线电发射机
混频原理
（以调幅为例 ）
高频放大 fs fo fs 本地振荡 混频 fo–fs=fi
中频放大 fi
检波 F
低频放大 F
超外差式接收机
在保持相同调制规律的条件下，将输入已调信号的 载波频率从fs变换为fi的过程称为混频。 在接收机中， fi称为中频。一般其值为
3.系统指标分配与计算
电路设计前，必须进行的三个方面的工作 1. 合理确定接收机﹑发射机的整机指标
依据:通信环境﹑通信距离﹑工作频段﹑调制方式等一系列因素
2. 将系统指标分配到各个单元模块，定出单元模块合理的指标值 分配原则: ① 根据各部件的物理可实现性， ② 根据每个部件的指标对整机的影响 3. 在选定了各模块的集成电路芯片后，
二次混频超外差接收机实例
f RF 881MHz
f IF 1 45MHz
f IF 2 455KHz
f LO1 881 45 926MHz
f LO 2 45 0.455 44.545MHz
4 .2. 2直接下变频方案（零中频方案）
方案特点：中频为 IF 0
优点：可避免I / Q两路的不一致
难点：对A/D变换器要求很高 转换速度高、较高的分辨率和较小的噪声 、 线性度很高 、要求有较大的动态范围。
4.3 发射机方案
一. 直接变换法
本振
调制和上变频合一 在发射频率上调制
缺点: 发射频率 ＝ 本振频率，发射的强信号会影响本振源 改进
sin
cos
二. 两步法
滤波器不理想
滤波器
0 IF
LO RF
产生组合频率 P LO q RF
变频器引起的寄生通道干扰 非线性 器 件 滤波器
0 IF
LO RF
①输入端没有其它干扰信号 组合频率 pLO qRF IF F
当 F 小于中频带宽时，通过滤波器输出
v s (t ) V (t ) cos RF t
v L (t ) V (t ) cos LO t
调制与解调
本课程传输的信号 基带信号——欲传输的信息，频谱集中在较低频率（数字、模拟）
载波——正弦、高频
已调波——携带了信息的高频窄带信号（或称通带信号）
3.1 什么是调制和解调
调制——基带信号加载到正弦载波的过程 调制的结果——得到已调波 解调——从已调波中恢复基带信号的过程
LO RF
IF 0
方案优点：① 不存在镜像频率，无镜频信号干扰 ② 可用低通滤波器选择信道 ③ 易解决匹配、线性动态范围等问题
直接下变频方案存在的问题 1.本振泄露 关键原因: 本振频率与信号频率相同 2. LNA偶次谐波失真干扰 漏过、形成干扰
两个频率 相近的干扰
非线性的偶次项 引起的差频 0
高中频和低中频的利弊
高中频——镜像频率远离有用信号，滤波容易 优点： 利于抗镜频干扰 低中频—— 相同Q值条件下，中频滤波器窄带 优点：利于选择信道、稳定的高增益
选择
中频 兼顾 两者
两者兼顾最佳方案——超外差式二次混频方案
3.二次变频方案
射频滤波器 I 中频 滤波器 II 中频 滤波器
I 中频采用高中频值，以提高镜象频率抗拒比 II中频采用低中频值，利于提取有用信道 中频选择原则 抑制邻道干扰 三个滤波器的功能、中心频率与带宽 总增益＝ 低噪放增益＋ I中频 增益＋ II中频 增益 （主要增益级）
A cos( c t )
调频 调相
模拟调制——基带信号是模拟信号 数字调制——基带信号是数字信号
衡量调制解调器好坏的主要性能指标
1.抗噪声抗干扰能力
2. 调制方式的频谱有效性
在保证传输速率和质量条件下，使用带宽越小越好 3.调制方式的功率有效性 线性功率放大器?
放大已调射频信号,可用
非线性功率放大器?
调制 解调
已调波的特点：带宽一定远小于中心频率
为什么要调制 （1）在无线系统中，为了有效地辐射功率。 （2）在有线系统中，同轴线对于高频提供了有效的屏蔽， 使得高频信号不致泄漏。 （3）无线电高频可提供较大的通信容量。
（4） 利用调制解调技术可以提供有效的方法来克服信道缺陷
调制的方式
正弦载波 调幅
第四章 4.1 概述
发送﹑接收机结构
发射部分
天线公用器
接收部分
通信机基本结构
射频级基本结构
结构方案
本章主要内容：介绍发送、接收机的
主要指标
射频发射级的基本组成及完成功能
①产生正弦载波 ②完成基带信号对载波的调制 ③将通带信号搬移到所需的频段 ④放大到足够的功率并发射 ⑤不干扰相邻信道 限制频带 通带信号（已调波） 上变频
400
–23 dBm
600
–26 dBm
1200 –32 dBm
1800 –36 dBm
（5）杂散辐射
9KHZ~1GHZ
250nW （–36dBm）
1~12.75GHZ
1W（–30dBm）
935~960MHZ
4PW（–84dBm）
（6）互调衰减
（7）相位误差 一个时隙内，相位误差的方均根应不大于5，峰值小于20
②当输入端伴有干扰信号时 V1m cos 1t V2 m cos 2t 组合频率 LO (21 2 ) IF 通过滤波器输出 三阶互调干扰
镜像频率干扰——重要的寄生通道干扰
什么是镜像频率？ 后果如何？
消除镜像频率干扰的方法：不让镜频信号进入变频器 滤波器实现难点？ 前端滤波器滤除 射频滤波器通带做不窄 解决方法: 提高中频
f i f o f s 其中fo是本地振荡频率。 其中，fi大于fs的混频称为上混频， fi小于fs的混频称为下混频。
BW fs Q
混频是一种频谱搬移现象，其实现依赖于本地振 荡信号与输入信号的乘法运算。 调制输入信号 v s (t ) V (t ) cos RF t 本地振荡信号 vo (t ) cos LO t
1.发信机技术指标
（1）平均载频功率 （2）发信载频包络 （3）射频功率控制 （4）射频输出频谱
调 制 谱 性 能
例：移动台 0.8W （29dBm）
相对载波功率（dB） 相对载频的偏移（KHZ）
100
+0.5
200
–30
250
–33
400
–54
600~18 00
–54
瞬态 频谱 性能
允许的最大电平 相对载频的偏移（KHZ）
IF
为什么要将接收到的射频频率降低？ （1） 为了解决选择性 GSM通信系统 两个概念
频带 信道
特点： 信道带宽 下行频带: 935 ~ 960MHz（移动台收、基站发） 远比 每个信道: 200KHz 载频小 结果：射频段选择信道非常困难 要求滤波器Q值极高 措施：降低频率选信道 上行频带: 890 ~ 915MHz（移动台发、基站收）
2dB
-12 13 20.1 11
6dB
100 7 14.1 5
12dB
5 12 15 100
5dB
100 7 10
10dB
主要指标：频谱、功率、效率
射频接收级的基本组成及完成的功能
①从众多的电波中选出有用信号
选频、滤除干扰
放大
②将微弱信号放大到解调器所要求的电平值 ③将通带信号变为基带信号 接收机的主要指标： 解调
灵敏度、选择性
设计接收机和发射机的射频部分时应解决的关键问题 ① 选用合适的调制和解调方式
抗干扰性能好、频带利用率高、功率有效性好
（8）频率精度
0.1ppm（110–7）
2. 接收机指标
（1）灵敏度
（2）阻塞和杂散响应抑制 （3）互调响应抑制 （4）邻道干扰抑制 （5）杂散辐射
（1）灵敏度：静态–102dBm，BER10–5 （仅列举一个数据） （2）阻塞： 113dBV （3）互调特性：70dBV（–43dBm） （4）杂散抑制：70dBV （5）杂散发射：9KHZ~1GHZ≤20nW（–57dBm） 1~12.75GHZ≤20nW（–47dBm）
超外差接收机各级功能
低噪声放大器——射频放大 变频器——频谱搬移
中频放大——选信道、主增益级
超外差接收机的主要缺点 ——变频器引入众多的组合频率干扰 变频功能——频谱搬移
LO RF
基本实现方法
LO RF
产生众多组合频率的原因？
非线性器件不是 理想平方律特性 非线性 器 件
0 IF
v IF (t ) vC (t ) v B (t ) VRF cos( LO RF ) 输出抑制了镜像频率
t)
mi
OL
V ( soc mi t) FR 2
OL
V ( soc FR ) t( Cv 2
4.2.4 数字中频方案
特点：将第二次混频和滤波数字化
混频原理图
乘法器的输出 v v V (t ) cos t cos t o s RF LO V (t ) [cos( RF LO )t cos( RF LO )t ] 2