无线通信射频器件分类与原理
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*阀门要求开得最大，保证最大的水流量； *每级过滤单元要求正常工作； *过滤单元密封良好、做工精良，避免水流失或者被损耗； *每级通过水闸要求大小适中，保证过滤单元有足够的工作时间，并且不阻塞水流
滤波器抽头模型（阀门）
抽头为带通滤波器的馈电 SS5 装置。其结构关系到馈电强度， 以及与外部接口的匹配
Bias Directional Tee Coupler
Power DC/DC VSWR+LNA+ LNA Alarm Unit
DC+5V CAU
LNA+ RXD Bias
ATT BPF
Tee
Power Fuse
TTAM S/W
TTAD S/W
FRONT PANEL
REAR PANEL
天馈系统工作描述
在功率放大器中，为了实现功率/信号上的合成或相消，就需要调整某 一路信号的相位/群时延。如果仅用传输线来实现，则50纳秒的时延就 需要用16.3米传输线，而使用带通滤波器，只需要5腔就可以实现。
带通滤波器的结构
通常的带通滤波器具有 左图所示的结构：
抽头：将外部输入信 号馈入滤波器或者将经过滤 波器的信号导出。
10～1cm 10～1mm
9
至高频 300～3000吉赫（GHz） 丝米波
1～0.1mm
各波段无线电波的主要用途
波段名称
主要用途
超长波 导航、固定业务、频率标准。
长波 导航、固定业务
中波 导航、广播、固定业务、移动业务
短波 导航、广播、固定业务、移动业务、其他
米波
乎航、电视、调频广播、雷达、电离层散射通信、固定业务、 移动业务。
分米波
导航、电视、雷达、对流层散射通信、固定业务、移动业务、 空间通信。
厘米波 导航、雷达、固定业务、移动业务、无线电天文、空间通信。 毫米波 导航、固定业务、移动业务、无线电天文、空间通信。
基站及其天馈系统 的基本构造
SS1
典型的基站结构
凡谷机密
幻灯片 11 SS1
请对图中缩略语进行解释，放在批出备注中
所以，将所有的调谐螺杆往 里进，则滤波器通带低偏。
两个谐振器的耦合模型（水闸）
左上图为两个圆形谐振腔相互 耦合的电场分布模型。
电磁场通过谐振腔之间的窗口 耦合；耦合螺杆的加入，“吸引” 电力线向螺杆集中，从而加强两相 邻腔的耦合效果。
每个谐振腔有各自的谐振频率， 当相邻的两个腔发生耦合时，其谐 振频率相互“排斥”，耦合越强， “排斥”效果越明显，如左下图所 示。
四代通信技术简表
*第1代：（first generation 1G）
以模拟方式进行调制。代表为模拟移动网(905－915MHZ）
*第2代：（second generation 2G）
以数字语音传输技术为核心。代表为GSM/DCS/PCS （900/1.8/1.9）,
第2.5代：(2.5 generation 2.5G)
第4代（4th generation 4G）
第四代移动电话行动通信标准，该技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式 （目前我国只发放了TD的牌照，FDD还未发放）
电磁波
电磁波的传播
电磁波的电场(或磁场)随时间变化，具有周期性。在一个振荡周期中传播 的距离叫波长。振荡周期的倒数，即每秒钟振动(变化)的次数称频率。波 长与频率的乘积就是每秒钟传播的距离，即波速。令波长为λ，频率为f， 速度为V，得：
左、右图分别为5腔和7腔的响应。对比二图可以明显看出：7腔响应 的带外抑制优于5腔响应；7腔响应的中心频点的插损为-1.17dB，5腔响 应的中心频点插损为-0.7dB。
带S通S2 滤波器的主要电气参数
2. 通带带宽：滤波器的带宽指满足插损要求的最大通带频率宽度。带宽根据 客户的要求而定。在设计和生产上要将带宽适当拓宽，以保证滤波器在不 同工作环境下都能满足客户指标。带宽拓宽越多，在标准频点的插损越小， 同时带外抑制也会变小。
高温超导滤波器
高Q值（1.8GHZ可以达到30，000以上） 体积小 功率容量大 工作条件要求很苛刻（-196摄氏度下） 需要配备制冷机 不适合在移动通信中推广 有试验样品在试用
Steve Si, 2014/7/17
基站天馈系统概述
基站天馈前端，将基站中ANT以下的RF BPF和 LNA等器件集成一体。 完成功能：发射信号在线性功放后的滤波；主集 接收天线和分集接收天线接收到的信号的滤波、 放大和功分作用。同时具有塔放告警、低噪放告 警、发射天线驻波告警监控功能。 以上各部分也可以分立，以单独的部件组合成完 整的天馈系统。
射频器件分类与原理
目录
1.几种通信协议 2.电磁波的传播及频段划分 3. 基站的基本构造和工作路径 4. 天馈系统的基本构造和工作路径 5. 滤波器介绍（重点讲带通滤波器） 6. 其它微波器件简介 7. 大功率问题以及互调问题 8. 常见问题交流
通信协议简介
几种通信协议
GSM: Global System for Mobile Communication（DCS/PCS） GPRS: General Package Radio Service EDGE: Enhanced Data rates for Global Evolution CDMA: Code Division Multiple Access CDMA2000 WCDMA: Wideband Code Division Multiple Access TD-SCDMA: Time Division Synchronous Code Division Multiple Access PAS ：Personal Access Phone System LTE：Long Term Evolution FDD：Frequency Division Duplex TD ： Time Division
带通滤波器的主要电气参数
5. 插入损耗：插入损耗简称插损，指模块置入系统后，对工作频段信号引入 的衰减。影响插损的因素除了上面提到的腔数和带宽外，还受单腔尺寸的 影响。滤波器的单腔尺寸越大，工作中每个腔能够储存的能量越多，损耗 越小。
6.相位和群时延： 电磁波信号通过滤波器，在相位上和时间上都会出现延迟。
左图为单个谐振腔的电场模型及其等 效电路原理图。
图为不带圆盘的谐振杆的圆腔谐振器， 谐振杆顶部与盖板形成的电容，可以 理解成等效电路中的端接电容。
等效电路中的谐振频率计算公式为： f= 1
2π LC
为谐振杆加入圆盘，相当于 加大了端接电容，圆盘越大，电 容越大，谐振频率越低；
同样加入调谐螺杆，也相当 于加大端接电容，螺杆进得越深， 端接电容值越大，谐振频率越低。
发射路径：两路线性功放放大后的TX信号，经过混频器 混频，由收/发双工器的TX端进入发射滤波器，经由T形头 和耦合器，从主集天线发射；
接收路径：由天线端接收的电磁波信号，经由T形头和耦 合器，进入收/发双工器的接收端滤波器或分集滤波器， 滤波后的信号，经过LNA放大，从1：8功分器分配后输出， 或者从分集输出端输出； 控制电路和驻波比报警器，LNA报警器：控制电路通过控 制电平，改变LNA的放大倍数；由耦合器提取的驻波比信 号，直接反馈到控制台
谐振腔：形成通带内的 谐振点；
耦合窗口：在谐振腔之 间传输电磁信号，同时调整 成不同的耦合度，以满足滤 波器设计的需要；
感飞，容飞，对称飞： 形成通带外的传输零点（即 抑制点）
带通滤波器的水池模型
过滤水池 阀门 通过水闸 过滤单元
带通滤波器 抽头 窗口 谐振器
入水阀门 一级过滤 通过水闸 二级过滤 通过水闸……出水阀门
3. 传输零点：理论上抑制无限大的频点。滤波器中加入不同结构的飞杆，就 能在通带外加入传输零点。下图为不加飞杆和加入两个感飞后的滤波器 响应。加入零点后，通带有零点的一边抑制增强，另一边抑制有所减弱， 同时通带靠近零点的边频插损增大。
幻灯片 20 SS2
S-parameters的含义请列出来
Steve Si, 2014/7/17
天馈系统结构 TX/RX-ANT（DC+12V）
主要组成：
发射端合路器+隔离器 收/发双工器+低通滤波器 接收端T型头+耦合器 接收端低噪声放大器
MS/RX-TEST
TX1 TX2
Leabharlann Baidu
Heat Sink
3dB
Hybrid
TX-COM
Heat Sink
Divider 1：4 Divider 1：2
TX-DUP RX1 RX2 RX3 RX4
几种传输零点
图为三种传输零点的响应。 传输零点可以增加相应频点的S12衰减。飞杆越强，则零点越靠近通带； 飞杆越弱，则零点越远离通带。
带通滤波器技术概况
滤波器技术概况
目前常见的RF滤波器，按照谐振器的不同， 可做如下分类：
高温超导滤波器；介质滤波器；波导滤波器；介质 双模滤波器；同轴滤波器；螺旋滤波器；带状线滤 波器；陶瓷滤波器；微带线滤波器；集总元件滤波 器等。 以上的分类按照Q值的从高到低顺序排列。 Q值为电磁振荡一个周期内，谐振器储能与耗能的 比值，与谐振器损耗的直接相关。
λ=V/f波长入的单位是米(m)，速度的单位是米/秒(m/sec)，频率的单位为 赫兹(Hertz，Hz)。
可由水波传播理解：
无线电频谱和波段划分
段号 频段名称
频段范围 （含上限不含下限）
1 甚低频（VLF） 3～30千赫（KHz） 2 低频（LF） 30～300千赫（KHz） 3 中频（MF） 300～3000千赫（KHz） 4 高频（HF） 3～30兆赫（MHz） 5 甚高频（VHF） 30～300兆赫（MHz）
2G与3G之间的过渡类型。比2G在速度、带宽上有所提高。可使现有GSM
网络轻易地实 现与高速数据分组的简便接入。代表有GPRS， HSCSD、WAP、
EDGE、蓝芽(Bluetooth)、EPOC等
第3代： (third generation 3G)
一般是指将无线通 信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系 统。代表有WCDMA,CDMA2000,TDS-CDMA
所以，若将所有的耦合螺杆都 往里进，则通带带宽变宽。
带通滤波器的飞杆（额外水闸）
容飞结构 感飞结构
右上图的感飞/ 容飞位置上，若加 入容飞结构则实现 容飞，加入感飞结 构则实现感飞；
右下图的对称 飞位置上加入容飞 结构，可实现对称 飞，加入感飞结构 不能形成零点。
调试中，感飞 太强/弱，可以通过 勾/压飞杆来改变飞 杆强度；容飞或对 称飞太强/弱则需要 打开盖板，减短/加 长飞杆。
典型系统产品照片
带通滤波器
带通滤波器的波形
S参数反映产品的通过信号和反射信号的大小 S12：Port2的输出功率与Port1的输入功率
的比值。
例如：假设输出功率为输入功率的
90％ 则S12的对数表示为： LOG（S12）＝10Log（0.9）＝-0.45
即此时该频点的衰减为-0.45dB S11：反射回Port1的功率与Port1的输出功
波段名称
波长范围（含 上限不含下限）
甚长波 长波 中波 短波 米波
100～10km 10～1km
1000～100m 100～10m 10～1m
6 特高频（UHF） 300～3000兆赫（MHz） 分米波
100～10cm
7 超高频（SHF） 3～30吉赫（GHz） 厘米波 微
8 极高频（EHF） 30～300吉赫（GHz） 毫米波 波
HL-OUT
Heat Sink
LPF LNA+ ATT
Divider 1：4
接收端功分器 控制通信电路
HL-IN RX5 RX6 RX7 RX8
驻波比报警器 分集接收T型头 分集接收滤波器
DC +26V CDU-BUS
LED RXD-OUT
分集低噪声放大器
RXD-ANT（DC+12V）
DUPLEXER
对于同轴谐振器带通滤 波器，必须将输入/输出端的 抽头都设计到位，才能保证通 带驻波较小。不合理的抽头设 计，会导致输入能量较多被反 射，S11较大，驻波调不下来， 通带插损增大。
幻灯片 24 SS5
抽头也分容性抽头和感性抽头，其形态各有什么不同？
Steve Si, 2014/7/17
谐振器模型（过滤单元）
率的比值。 例如：假设输出功率为输入功率的1％ 则S11的对数表示为： LOG（S11）＝10Log（0.01）＝-20 即此时该频点的回波为-20dB
带通滤波器的工作原理
原始信号
滤波器响应
滤波后的信号
带通滤波器的主要电气参数
1. 带外抑制：带外抑制指，滤波器在工作频段以外的频点处对信号的衰减。 滤波器抑制主要由腔数决定。腔数越多带外抑制越好，同时插损也越大；
滤波器抽头模型（阀门）
抽头为带通滤波器的馈电 SS5 装置。其结构关系到馈电强度， 以及与外部接口的匹配
Bias Directional Tee Coupler
Power DC/DC VSWR+LNA+ LNA Alarm Unit
DC+5V CAU
LNA+ RXD Bias
ATT BPF
Tee
Power Fuse
TTAM S/W
TTAD S/W
FRONT PANEL
REAR PANEL
天馈系统工作描述
在功率放大器中，为了实现功率/信号上的合成或相消，就需要调整某 一路信号的相位/群时延。如果仅用传输线来实现，则50纳秒的时延就 需要用16.3米传输线，而使用带通滤波器，只需要5腔就可以实现。
带通滤波器的结构
通常的带通滤波器具有 左图所示的结构：
抽头：将外部输入信 号馈入滤波器或者将经过滤 波器的信号导出。
10～1cm 10～1mm
9
至高频 300～3000吉赫（GHz） 丝米波
1～0.1mm
各波段无线电波的主要用途
波段名称
主要用途
超长波 导航、固定业务、频率标准。
长波 导航、固定业务
中波 导航、广播、固定业务、移动业务
短波 导航、广播、固定业务、移动业务、其他
米波
乎航、电视、调频广播、雷达、电离层散射通信、固定业务、 移动业务。
分米波
导航、电视、雷达、对流层散射通信、固定业务、移动业务、 空间通信。
厘米波 导航、雷达、固定业务、移动业务、无线电天文、空间通信。 毫米波 导航、固定业务、移动业务、无线电天文、空间通信。
基站及其天馈系统 的基本构造
SS1
典型的基站结构
凡谷机密
幻灯片 11 SS1
请对图中缩略语进行解释，放在批出备注中
所以，将所有的调谐螺杆往 里进，则滤波器通带低偏。
两个谐振器的耦合模型（水闸）
左上图为两个圆形谐振腔相互 耦合的电场分布模型。
电磁场通过谐振腔之间的窗口 耦合；耦合螺杆的加入，“吸引” 电力线向螺杆集中，从而加强两相 邻腔的耦合效果。
每个谐振腔有各自的谐振频率， 当相邻的两个腔发生耦合时，其谐 振频率相互“排斥”，耦合越强， “排斥”效果越明显，如左下图所 示。
四代通信技术简表
*第1代：（first generation 1G）
以模拟方式进行调制。代表为模拟移动网(905－915MHZ）
*第2代：（second generation 2G）
以数字语音传输技术为核心。代表为GSM/DCS/PCS （900/1.8/1.9）,
第2.5代：(2.5 generation 2.5G)
第4代（4th generation 4G）
第四代移动电话行动通信标准，该技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式 （目前我国只发放了TD的牌照，FDD还未发放）
电磁波
电磁波的传播
电磁波的电场(或磁场)随时间变化，具有周期性。在一个振荡周期中传播 的距离叫波长。振荡周期的倒数，即每秒钟振动(变化)的次数称频率。波 长与频率的乘积就是每秒钟传播的距离，即波速。令波长为λ，频率为f， 速度为V，得：
左、右图分别为5腔和7腔的响应。对比二图可以明显看出：7腔响应 的带外抑制优于5腔响应；7腔响应的中心频点的插损为-1.17dB，5腔响 应的中心频点插损为-0.7dB。
带S通S2 滤波器的主要电气参数
2. 通带带宽：滤波器的带宽指满足插损要求的最大通带频率宽度。带宽根据 客户的要求而定。在设计和生产上要将带宽适当拓宽，以保证滤波器在不 同工作环境下都能满足客户指标。带宽拓宽越多，在标准频点的插损越小， 同时带外抑制也会变小。
高温超导滤波器
高Q值（1.8GHZ可以达到30，000以上） 体积小 功率容量大 工作条件要求很苛刻（-196摄氏度下） 需要配备制冷机 不适合在移动通信中推广 有试验样品在试用
Steve Si, 2014/7/17
基站天馈系统概述
基站天馈前端，将基站中ANT以下的RF BPF和 LNA等器件集成一体。 完成功能：发射信号在线性功放后的滤波；主集 接收天线和分集接收天线接收到的信号的滤波、 放大和功分作用。同时具有塔放告警、低噪放告 警、发射天线驻波告警监控功能。 以上各部分也可以分立，以单独的部件组合成完 整的天馈系统。
射频器件分类与原理
目录
1.几种通信协议 2.电磁波的传播及频段划分 3. 基站的基本构造和工作路径 4. 天馈系统的基本构造和工作路径 5. 滤波器介绍（重点讲带通滤波器） 6. 其它微波器件简介 7. 大功率问题以及互调问题 8. 常见问题交流
通信协议简介
几种通信协议
GSM: Global System for Mobile Communication（DCS/PCS） GPRS: General Package Radio Service EDGE: Enhanced Data rates for Global Evolution CDMA: Code Division Multiple Access CDMA2000 WCDMA: Wideband Code Division Multiple Access TD-SCDMA: Time Division Synchronous Code Division Multiple Access PAS ：Personal Access Phone System LTE：Long Term Evolution FDD：Frequency Division Duplex TD ： Time Division
带通滤波器的主要电气参数
5. 插入损耗：插入损耗简称插损，指模块置入系统后，对工作频段信号引入 的衰减。影响插损的因素除了上面提到的腔数和带宽外，还受单腔尺寸的 影响。滤波器的单腔尺寸越大，工作中每个腔能够储存的能量越多，损耗 越小。
6.相位和群时延： 电磁波信号通过滤波器，在相位上和时间上都会出现延迟。
左图为单个谐振腔的电场模型及其等 效电路原理图。
图为不带圆盘的谐振杆的圆腔谐振器， 谐振杆顶部与盖板形成的电容，可以 理解成等效电路中的端接电容。
等效电路中的谐振频率计算公式为： f= 1
2π LC
为谐振杆加入圆盘，相当于 加大了端接电容，圆盘越大，电 容越大，谐振频率越低；
同样加入调谐螺杆，也相当 于加大端接电容，螺杆进得越深， 端接电容值越大，谐振频率越低。
发射路径：两路线性功放放大后的TX信号，经过混频器 混频，由收/发双工器的TX端进入发射滤波器，经由T形头 和耦合器，从主集天线发射；
接收路径：由天线端接收的电磁波信号，经由T形头和耦 合器，进入收/发双工器的接收端滤波器或分集滤波器， 滤波后的信号，经过LNA放大，从1：8功分器分配后输出， 或者从分集输出端输出； 控制电路和驻波比报警器，LNA报警器：控制电路通过控 制电平，改变LNA的放大倍数；由耦合器提取的驻波比信 号，直接反馈到控制台
谐振腔：形成通带内的 谐振点；
耦合窗口：在谐振腔之 间传输电磁信号，同时调整 成不同的耦合度，以满足滤 波器设计的需要；
感飞，容飞，对称飞： 形成通带外的传输零点（即 抑制点）
带通滤波器的水池模型
过滤水池 阀门 通过水闸 过滤单元
带通滤波器 抽头 窗口 谐振器
入水阀门 一级过滤 通过水闸 二级过滤 通过水闸……出水阀门
3. 传输零点：理论上抑制无限大的频点。滤波器中加入不同结构的飞杆，就 能在通带外加入传输零点。下图为不加飞杆和加入两个感飞后的滤波器 响应。加入零点后，通带有零点的一边抑制增强，另一边抑制有所减弱， 同时通带靠近零点的边频插损增大。
幻灯片 20 SS2
S-parameters的含义请列出来
Steve Si, 2014/7/17
天馈系统结构 TX/RX-ANT（DC+12V）
主要组成：
发射端合路器+隔离器 收/发双工器+低通滤波器 接收端T型头+耦合器 接收端低噪声放大器
MS/RX-TEST
TX1 TX2
Leabharlann Baidu
Heat Sink
3dB
Hybrid
TX-COM
Heat Sink
Divider 1：4 Divider 1：2
TX-DUP RX1 RX2 RX3 RX4
几种传输零点
图为三种传输零点的响应。 传输零点可以增加相应频点的S12衰减。飞杆越强，则零点越靠近通带； 飞杆越弱，则零点越远离通带。
带通滤波器技术概况
滤波器技术概况
目前常见的RF滤波器，按照谐振器的不同， 可做如下分类：
高温超导滤波器；介质滤波器；波导滤波器；介质 双模滤波器；同轴滤波器；螺旋滤波器；带状线滤 波器；陶瓷滤波器；微带线滤波器；集总元件滤波 器等。 以上的分类按照Q值的从高到低顺序排列。 Q值为电磁振荡一个周期内，谐振器储能与耗能的 比值，与谐振器损耗的直接相关。
λ=V/f波长入的单位是米(m)，速度的单位是米/秒(m/sec)，频率的单位为 赫兹(Hertz，Hz)。
可由水波传播理解：
无线电频谱和波段划分
段号 频段名称
频段范围 （含上限不含下限）
1 甚低频（VLF） 3～30千赫（KHz） 2 低频（LF） 30～300千赫（KHz） 3 中频（MF） 300～3000千赫（KHz） 4 高频（HF） 3～30兆赫（MHz） 5 甚高频（VHF） 30～300兆赫（MHz）
2G与3G之间的过渡类型。比2G在速度、带宽上有所提高。可使现有GSM
网络轻易地实 现与高速数据分组的简便接入。代表有GPRS， HSCSD、WAP、
EDGE、蓝芽(Bluetooth)、EPOC等
第3代： (third generation 3G)
一般是指将无线通 信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系 统。代表有WCDMA,CDMA2000,TDS-CDMA
所以，若将所有的耦合螺杆都 往里进，则通带带宽变宽。
带通滤波器的飞杆（额外水闸）
容飞结构 感飞结构
右上图的感飞/ 容飞位置上，若加 入容飞结构则实现 容飞，加入感飞结 构则实现感飞；
右下图的对称 飞位置上加入容飞 结构，可实现对称 飞，加入感飞结构 不能形成零点。
调试中，感飞 太强/弱，可以通过 勾/压飞杆来改变飞 杆强度；容飞或对 称飞太强/弱则需要 打开盖板，减短/加 长飞杆。
典型系统产品照片
带通滤波器
带通滤波器的波形
S参数反映产品的通过信号和反射信号的大小 S12：Port2的输出功率与Port1的输入功率
的比值。
例如：假设输出功率为输入功率的
90％ 则S12的对数表示为： LOG（S12）＝10Log（0.9）＝-0.45
即此时该频点的衰减为-0.45dB S11：反射回Port1的功率与Port1的输出功
波段名称
波长范围（含 上限不含下限）
甚长波 长波 中波 短波 米波
100～10km 10～1km
1000～100m 100～10m 10～1m
6 特高频（UHF） 300～3000兆赫（MHz） 分米波
100～10cm
7 超高频（SHF） 3～30吉赫（GHz） 厘米波 微
8 极高频（EHF） 30～300吉赫（GHz） 毫米波 波
HL-OUT
Heat Sink
LPF LNA+ ATT
Divider 1：4
接收端功分器 控制通信电路
HL-IN RX5 RX6 RX7 RX8
驻波比报警器 分集接收T型头 分集接收滤波器
DC +26V CDU-BUS
LED RXD-OUT
分集低噪声放大器
RXD-ANT（DC+12V）
DUPLEXER
对于同轴谐振器带通滤 波器，必须将输入/输出端的 抽头都设计到位，才能保证通 带驻波较小。不合理的抽头设 计，会导致输入能量较多被反 射，S11较大，驻波调不下来， 通带插损增大。
幻灯片 24 SS5
抽头也分容性抽头和感性抽头，其形态各有什么不同？
Steve Si, 2014/7/17
谐振器模型（过滤单元）
率的比值。 例如：假设输出功率为输入功率的1％ 则S11的对数表示为： LOG（S11）＝10Log（0.01）＝-20 即此时该频点的回波为-20dB
带通滤波器的工作原理
原始信号
滤波器响应
滤波后的信号
带通滤波器的主要电气参数
1. 带外抑制：带外抑制指，滤波器在工作频段以外的频点处对信号的衰减。 滤波器抑制主要由腔数决定。腔数越多带外抑制越好，同时插损也越大；