第三章 软件无线电关键技术

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3.1 射频/微波技术
射频/微波技术

射频/微波技术通常包括射频/微波信号的产 生、调制、功率放大、辐射、接收、低噪声 放大、混频、解调、检测、滤波、衰减、移 相等各个模块单元的理论研究、设计和生产 技术。
射频/微波技术的基本理论是经典的电磁场理 论。
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3.1 射频/微波技术
无线电波的传播

馈线过线窗
3.2 天线技术/智能天线
天线的基本概念


天线：有效地辐射或接收电磁波的装置。
无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电 缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。 电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收 很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接 收机。 可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线 电设备，没有天线也就没有无线电通信。
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3.1 射频/微波技术
射频前端技术

6、衰减器
衰减器是一类无源双端口器件,信号从一个
端口进入,当信号从另一端口输出时信号幅 值会有一定的衰减,我们将输入信号与输出 信号的功率的差值(对数)称为衰减值,单位 为dB(相对值)。
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3.1 射频/微波技术
射频前端技术

7、终端器
终端(Terminator)是一个RF负载，无源器
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3.1 射频/微波技术
微波“铁三角”

在微波技术与工程中，频率、阻抗和功率是 三大核心指标，故被称为微波“铁三角”。 这三个方面能够形象地反映微波技术与工程 的基本内容，它们既有独立特性，又相互影 响，如下图所示。

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3.1 射频/微波技术
微波“铁三角”
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3.1 射频/微波技术
微波“铁三角”
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3.1 射频/微波技术
直射波传输特性
定义：在自由空间中, 电波沿直线传播而不被 吸收, 也不发生反射、 折射和散射等现象而直 接到达接收点的传播方式称为直射波传播。 直射波传播损耗可看成自由空间的电波传播损 耗Lfs, 表示式为
[ Lfs ] 32.44 20lg d 20lg f ( dB)
射频前端技术

3、功分器
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3.1 射频/微波技术
射频前端技术

3、功分器
同轴功分器
波导功分器
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3.1 射频/微波技术
射频前端技术

4、射频滤波器
波导滤波器
同轴滤波器
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3.1 射频/微波技术
射频前端技术

5、耦合器
将两路或多路RF信号耦合到一路信号中的
器件，该器件主要作于增加信号功率。
在软件无线电系统中，射频部分是必不可少 的重要部分。

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3.1 射频/微波技术
射频/微波的含义

射频，是指可以通过无线电系统发射和接收 的电磁波频率，以交变的电磁场形式在自由 空间以光速传播，通常包括中波、短波、超 短波、微波等频段。
微波，是指频率在300MHz~3000GHz之间 （波长在1m~0.1mm之间）的射频无线电波。
件，特性阻抗应于RF电路的特性阻抗相同 (一般为50Ω)，主要用来消耗无用的RF功 率，将其转化为热能。
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3.2 天线技术/智能天线
天线的基本概念
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移动通信基站天馈系统简介
天线调节支架 抱杆 接头密封件 绝缘密封胶带，PVC绝缘胶带
天线 接地装置 主馈线（7/8“）
室内超柔馈线
室外馈线 馈线卡 防雷保护器 基站主设备
式中, d为距离(km), f为工作频率(MHz)。
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3.1 射频/微波技术
射频功率的计量单位

射频信号的绝对功率常用dBm、dBW表示， 它与mW、W的换算关系如下：

设信号功率为xW，利用dBm表示时其大小为：
x 1000(mW ) P(dbm) 10 lg 1(mW ) x(W ) P(dbW ) 10lg 1(W )
磁波的辐射，辐射的能力与导线的长度和 形状有关。
若两导线的距离很近，电场被束缚在两导
线之间，因而辐射很微弱；将两导线张开， 电场就散播在周围空间，因而辐射增强。
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3.2 天线技术/智能天线
天线的基本概念

天线的辐射原理
当导线的长度
L 远小 于波长λ时，辐射很微 弱；导线的长度 L 增 大到可与波长相比拟时， 导线上的电流将大大增 加，因而就能形成较强 的辐射。
3.1 射频/微波技术
无线电波的传播
甚长波（甚低频VLF）传播：甚长波是指
波长10公里~100公里（频率为3~30kHz） 的电磁波。无线通信中使用的甚长波的频 率为10~30kHz，该波段的电磁波可在大地 与低层的电离层间形成的波导中进行传播， 距离可达数千公里乃至覆盖全球。
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3.1 射频/微波技术
无源射频器件：滤波器、功分器、定向耦
合器、隔离器、衰减器、移相器、射频传 输线等
有源射频器件：功放、低噪声放大器、混
频器、双工器、射频电子开关等
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3.1 射频/微波技术
射频前端技术

1、射频传输线
射频传输线是指用于传输射频信号的各种
形式的传输系统的总称，它的作用是引导 电磁波沿一定方向传输，因此又称为导波 系统。

频率是射频/微波技术中最基本的一个参数， 对应于无线系统所工作的频谱范围，也规定 了无线系统中微波电路的结构形式和器件材 料。
功率用于描述射频/微波信号的能量大小。 阻抗是在特定频率下，描述各种微波电路对 微波信号能量传输的影响的一个参数。
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3.1 射频/微波技术
射频前端技术

射频前端是指在无线电系统中，天线和中频 （或基带）电路之间的部分。在这一部分中， 信号以射频形式传输。
可分为三类：双导体传输线、均匀填充介
质的金属波导管和介质传输线。
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3.1 射频/微波技术
射频前端技术
双导体传输线由二根或二根以上的平行导
体构成，主要包括平行双线、同轴线、带 状线和微带线等。
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3.1 射频/微波技术
射频前端技术
1）趋肤效应显著； 2）辐射损耗增加； 3）支撑物损耗增加。
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3.1 射频/微波技术
无线电波的传播
短波（高频HF）传播：短波是指波长为10
米~100米（频率为3~30MHz）的电磁波。 短波可沿地表面传播（地波），沿空间以 直接或绕射方式传播（空间波）和靠电离 层反射传播（天波）。
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散射 电离层反射
多跳反射传播
3.1 射频/微波技术
无线电波的传播
传输线
终端张角传输线
对称振子 54
3.2 天线技术/智能天线
半波振子

半波振子是一种经典的、迄今为止使用最广 泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独 立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可 采用多个半波对称振子组成天线阵。
两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长 度为四分之一波长、全长为二分之一波长的 振子，称半波对称振子。
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3.1 射频/微波技术
射频前端技术
同轴线封闭，无辐射泄漏
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3.1 射频/微波技术
射频前端技术
微带线
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3.1 射频/微波技术
射频前端技术
均匀填充介质的金属波导管，因电磁波在
管内传播，故称为波导。波导主要包括矩 形波导、圆波导、脊形波导和椭圆波导。
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3.1 射频/微波技术
射频前端技术
软件无线电基础
任课老师：杜青松
信息科学与工程学院
第三章 软件无线电关键技术
本章学习的主要内容
1
射频/微波技术 天线技术/智能天线 采样技术
2
3
4
5 6
数字调制解调技术 数字信号处理技术 同步技术
3
3.1 射频/微波技术
概述

软件无线电可以理解为有射频前端的计算机， 它可以使用一个单一的无线电前端实现现在 多种无线电终端的功能。
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3.1 射频/微波技术
射频前端技术

3、功分器
功分器全称功率分配器，英文名Power
divider，是一种将一路输入信号能量分成 两路或多路输出相等或不相等能量的器件， 也可反过来将多路信号能量合成一路输出， 此时可也称为合路器。一个功分器的输出 端口之间应保证一定的隔离度。
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3.1 射频/微波技术
介质传输线因电磁波沿传输线表面传播，
故称为表面波波导，主要包括镜像线、单 根表面波传输线、介质波导、介质线 。
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3.1 射频/微波技术
射频前端技术

2、射频开关
RF开关是工作在射频的微机械开关，依靠
机械移动实现对传输线的通／断控制。
在无线电通信工业中，RF开关主要用于信
号路径选择、阻抗匹配和改变放大器的增 益。
无线电波的Hale Waihona Puke Baidu播
长波（低频LF）传播：长波是指波长1公
里~10公里（频率为30~300kHz）的电磁波。 其可沿地表面传播（地波）和靠电离层反 射传播（天波）。
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3.1 射频/微波技术
无线电波的传播
中波（中频MF）传播：中波是指波长100
米~1000米（频率为300~3000kHz）的电磁 波。中波可沿地表面传播（地波）和靠电 离层反射传播（天波）。中波沿地表面传 播时，受地表面的吸收较长波严重。中波 的天波传播与昼夜变化有关。
天线方向性是指天线向一定方向辐射电磁波 的能力。 天线有了方向性，就能在某种程度上相当于 提高发射机或接收机的效率，并使之具有一 定的保密性和抗干扰性。 59


3.2 天线技术/智能天线
天线的方向性

对天线的要求：
频率范围：30kHz～3000GHz 功能：发射、接收和处理射频信号

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3.1 射频/微波技术
射频前端技术
卫星通信系统射频前端
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3.1 射频/微波技术
射频前端技术
脉冲多普勒雷达射频前端
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3.1 射频/微波技术
射频前端技术
蓝牙适配器射频前端
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3.1 射频/微波技术
射频前端技术

射频前端器件包括：

5
3.1 射频/微波技术
射频/微波的含义

西方国家常常把部分微波波段分为L、S、C、 X、Ku、K、Ka等波段。
频率和波 长 波段代号 L S C X Ku K Ka 1~2GHz 2~4GHz 4~8GHz 8~13GHz 13~18GHz 18~28GHz 28~40GHz 30~15cm 15~7.5cm 7.5~3.75cm 3.75~2.31cm 2.31~1.67cm 1.67~1.07cm 1.07~0.75cm 频率范围 波长范围
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3.2 天线技术/智能天线
天线的基本概念
天线的定义 能够有效地向空间某特定方向辐射电磁波或能 够有效地接收空间某特定方向来的电磁波的装置。 天线的功能： 能量转换－导行波和自由空间波的转换； 定向辐射（接收）－具有一定的方向性。
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3.2 天线技术/智能天线
天线的基本概念

天线的辐射原理
导线上有交变电流流动时，就可以发生电
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3.1 射频/微波技术
射频功率的计量单位
dBm（分贝毫瓦）：描述功率绝对值的单位。 dBm=10lg(功率值/1mw)
dBm是相对于 1mw功率电平的绝对值。
1mw=0 dBm 20mw=13 dBm 40mw=16 dBm
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3.1 射频/微波技术
射频功率的计量单位
dBw（分贝瓦）：描述功率绝对值的单位。 dBw=10lg(功率值/1w) dBw是相对于 1w功率电平的绝对值。 1w=0 dBw=30dBm 2w=3 dBw=33dBm 40w=16 dBw=46dBm
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3.2 天线技术/智能天线
半波振子

半波振子是天线的基本辐射单元。
波长
1/4 波长 1/2 波长
1/4 波长 1/2 波长
半波振子
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3.2 天线技术/智能天线
半波振子
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3.2 天线技术/智能天线
半波振子
基站天线组成(定向）
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3.2 天线技术/智能天线
天线的方向性

发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的 能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是 把大部分能量朝所需的方向辐射。
电磁波按照其波长的不同具有不同的传播特 点，下面按波长分述如下：
超长波（超低频SLF）传播：超长波是指
波长1千公里至1万公里（频率为30~300Hz） 的电磁波。这一波段的电磁波传播十分稳 定，在海水中衰耗很小（频率为75Hz时衰 耗系数为0.3dB/m）对海水穿透能力很强， 可深达100m以上。 10
超短波（甚高频VHF）传播：超短波是指
波长为1米~10米（频率为30~300MHz）的 电磁波。超短波难以靠地波和天波传播， 而主要以直射方式（即所谓的“视距”方 式）传播。
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3.1 射频/微波技术
无线电波的传播
微波传播：微波是指波长小于1米（频率高
于300MHz）的电磁波。其传播类似于光波 的传播，是一种视距传播。总的说来，这 种传播方式比较稳定，但其传播也受到大 气折射和地面反射的影响。另外，对流层 中的大气湍流气团对微波有散射作用。利 用这种散射作用可实现微波的超视距传播。