无线通信基础知识8:射频系统
射頻系統:
發信機:
無線電波的發信機主要由發信源、功率放大器和頻率源3大部分組成。發信源(或者叫做發信激勵)的作用是調制;頻率源是為了調制器和上變頻器提供合乎頻率要求的振動信號;功率放大器將發信源輸入的信號放大到所需的功率電平,具有功率控制的功能。
發信機最核心的功能就是提供一定頻率、一定功率的無線電波,用以承載無線信號。制約發信機使用場景的最主要指標就是信號發射的頻率范圍和信號發射的功率范圍。當然任何發信機都不是理想的射頻器件,本身也會產生一些雜散輻射、交調干擾,或多或少影響著發信機的性能;衡量發信機性能是否優越的主要指標是一個發信機的雜散輻射水平和互調抑制能力,雜散輻射越小越好,互調抑制能力越強越好。
接收機:
無線電波是通過天線和饋線傳到接收機上的,就好像人類的耳朵和外耳道接收聲波信號一樣。無線電波的接收機主要有濾波器、功率放大器(或低噪聲功率放大器)、解調器組成。濾波和放大功能也是人類聽覺系統所具有的功能,解調的功能類似于大腦對聽到的聲音進行理解的功能。
決定接收機使用場景最重要的指標是接收機的接收帶寬,及接收機工作時允許的動態頻率范圍。噪聲系數和靈敏度用于描述接收機對微弱信號的接收能力,是衡量接收機性能是否優越的兩個重要指標。
功率和電平:
功率的表述常用于日常電路,電平的說法常用在無線電通信領域。電平就是射頻電路中電量的水平,一般將倍數轉化為對數來表示。這里的電量可以指“電功率”、“電壓”、“電流”,但常用的電平是指功率的對數,以dBm為單位。功率和電平是同樣一個事物,但用的場合不同,不嚴謹的時候,可以混用。
功放:
功率放大器,簡稱“功放”,但它放大的不是功率,也不是憑空產生了功率,因為能量不能憑空產生;功放放大了輸入信號的變化,功放的輸出功率的變化成倍的放大或放映了無線信號輸入功率的變化。但這并不是說,輸出的信號功率來源于輸入信號的功率。功放的輸出功率來源于功放本身的工作耗能,由工作電壓和工作電流決定。
低噪放:
低噪放,顧名思義,就是噪聲系數很低的放大器,一般用于接收機的高頻和中頻前置放大電路。低噪放的成本一般比同等條件下的放大器高,因此一般應用在接收端,而不用于發射端。因為在接收端,需要放大微弱的信號,減少放大器自身引入的噪聲,提高輸出信號的信噪比,從而提高接收靈敏度。
混頻器:
混頻器的作用是將無線信號頻率由一個值變換為另一個值,起到頻譜搬移的作用。對無線信號進行擴頻、調制等處理工作是在低頻段下進行的,然后再將處理好的信號變頻到高頻段發射出去;或者將接收到的射頻信號變頻到低頻段,再做解調、解擴等信號處理工作。混頻器在中頻范圍內進行信號放大,工作線性范圍比較穩定,接收機的靈敏度可以提高。
濾波器:
濾波器是對特定頻率的無線信號有選擇和消除作用的射頻器件,讓有用信號盡可能無衰減的通過,對無用信號盡可能的進行衰減。
振蕩器:
振蕩器就是一個頻率源,其功能是把直流電轉換為交流電。振蕩器是將直流電轉換為具有一定頻率的交流電的能量轉換裝置,是收發設備的基礎電路。
壓控振蕩器,是電壓控制頻率的振蕩器,也就是輸出交流信號的頻率和其輸入電壓的變化有確定關系的振蕩器。
鑒相器:
所謂鑒相器,就是指鑒別相位的射頻器件,又叫相位比較器,是輸入信號、反饋信號之間的相位差與其輸出電壓有確定關系的電路。鑒相器的功能是發現輸入信號和反饋信號的相位差別,然后通過合理的方式表示這個差別,這個表現形式就是電壓。表示相位差和輸出電壓確定關系的函數稱為鑒相特性,鑒相器是鎖相環的基本部件之一。
鎖相環:
鎖相環就是鎖定相位的環路,其有鑒相器、濾波器和壓控振蕩器3部分組成前向通路,由分頻器組成頻率相位的反饋通路。鎖相環的工作原理是檢測輸入信號和輸出信號的相位差,并將檢測出的相位差信號通過鑒相器轉換成電壓信號輸出,經低通濾波器濾波后形成壓控振蕩器的控制電壓,對振蕩器輸出信號的頻率實施控制,再通過反饋通路把振蕩器輸出信號的頻率、相位反饋到鑒相器。鎖相環再工作過程中,當輸出信號的頻率成比例的反映輸入信號的頻率時,輸出電壓和輸入電壓保持固定的相位差,這樣輸出電壓與輸入電壓的相位就被鎖住了。
合成器:
合成器一般用于發射端,其作用是將兩路或者多路從不同發射機發出的射頻信號合為一路送到天線發射的射頻器件,同時避免各個端口之間的相互影響。
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功分器:
功分器是實現無線信號等功率分配的射頻器件。二功分器一般有一個輸入端口和兩個輸出口,還有三功分器、四功分器等。
耦合器:
耦合器是從無線信號主干道中提取出一小部分信號的射頻器件,與功分器一樣都屬于功率分配器件,不同的耦合器是不等功率的分配器件。耦合器與功分器搭配使用,主要為了達到一個目標,使信號源的發射功率能夠盡量平均分配到室內分布系統的各個天線口,使每個天線口的發射功率基本相同。
衰減器:
衰減器是射頻電路中用來減弱無線信號功率的二端口射頻器件,衰減器完全由電阻元件組成,在工作頻段范圍內相位偏移為0,其衰減特性和特性阻抗與頻率無關。主要用途是減弱電路中信號大小、改善阻抗匹配性能。
負荷:
在射頻電路中負荷用于某一電路或電器空閑的輸出端口,以接收多余功率的元器件或裝置。對負荷最基本的要求是功率接收和阻抗匹配。射頻器件有空閑端口的時候,必須安裝阻抗匹配的負荷。
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總結
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