《电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子科技大学通信射频电路无线通信系统及其射频电路的特点1-2（41页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,通信射频电路,文 光 俊（主讲） 通信与信息工程学院 电话：61830386, 13980089875 电子信箱：wgj 办公室：清水河校区科研楼B133B,2,课程简介,课程的教学目的,讲解面向无线通信系统应用的射频电路基础知识、功能射频电路及前端系统设计方法，为同学们在今后从事无线通信系统中射频电路设计与研究打下坚实的基础,引导同学们掌握现代射频电路技术基础知识、设计方法和技能、了解射频电路技术最新成果和发展趋势;,无线通信频率已经进入射频、微波、毫米波频段,课程学习旨在培养现代无线通信技术领域的人才。,无线通信系统基本架构(RF+BB)及其射频电路技术特点；,课程主要内容,无线通信系
2、统及其射频电路的噪声和非线性特性 (噪声特性、非线性特性与效应、灵敏度、动态范围) ；,射频电路基础知识(元器件的射频特性及等效电路、传输线理论、etc.);,mith圆图和阻抗变换（匹配）;,3,课程主要内容（续）,基础功能射频电路(LNA、PA、PLL, etc.)工作原理、主要性能指标、基本电路拓扑、分析方法;,功能射频电路的设计方法和技巧、 EDA ( ADS、MWO、HFSS、)工具及应用方法。,4,课程特点,概念多、掌握相对较难,需要全面的前期学过的基础知识（电路分析、模拟电路）; 内容十分丰富,但课时数有限,部分内容要求同学自修; 理论学习(40学时)+实验 (8学时？)。,5,
3、课程成绩构成,平时成绩: 20分,期中考试: 20分,期末考试: 60分,6,课程使用的教材,无线通信射频电路技术与设计, 文光俊、谢甫珍、李建，电子工业出版社,2010年10月。,参考教材,7,1.射频电路设计-理论与应用, Reinhold Ludwig, Pearson Eduaction,2002年/张肇仪等译,电子工业出版社,2004年。 2.射频通信电路（第二版）,陈邦媛, 科学出版社, 2008年。,4.Microwave Engineering，David M. Pozar，Wiley-Interscience Publication, 2005/张肇仪等译，电子工业出版社，2
4、006。,参考教材（续）,8,3.RF/Microwave Circuit Design for Wireless Applications, Ulrich L.Rohde著, Wiley-Interscience Publication, 2000/刘光祜等译，电子工业出版社，2004年。,第0章 绪论 （无线通信系统及其射频电路的特点）,通信 将信息(声音、数据、图象、)从一个地方传到另一个地方的过程。,无线通信已成为最广泛采用的，最迅捷的通信方式(Anytime，Anywhere,Anybody), 已成为当今信息化社会的基石。,通信方式 有线通信(固定电话、有线电视/广播、) 无线通信
5、(移动、卫星、 WLAN、),9,&1.1 无线通信技术发展简史,1837年,摩尔斯（Samuel Morse）最先发明利用电磁感应原理，以点、划、空格为形式的有线电报通信方式。 1876年,贝尔（Alexander Graham Bell）和华特生（Thomas A. Watson）发明了电话。,1894年,马可尼 （GMarconi）发明了无线电报, 首次实现了通过大气层的无线通信。 1908年,德福次莱斯特（Forest）发明了真空三极管。从而实现了对电信号的放大。,10,1920年,首家AM信号商用无线电台开播。 1933年,阿姆斯特朗（E.H.Armstrong ）发明频率调制（FM
6、）。,1936年,美国首家商用FM电台开播。 1946年,首家公众移动电话服务在美国面世。,1954-1964年,卫星通信从实验走向成熟。 1965年,“晨鸟”（INTELSAT-1）卫星正式承担国际通信业务。,11,无线通信技术发展简史（续）,1979年,首个蜂窝系统在日本开通。 1990年,GSM系统在欧洲开通。,1980s,第一代蜂窝系统在中国开通。,1990s 第二代蜂窝系统在中国开通。,2000s,2.5G蜂窝系统在中国开通。,2009,第三代蜂窝系统(TD-SCDMA 、W-CDMA 、 CDMA2000)在中国开通。,2014, 第四代移动通信系统在中国开通。,12,无线通信技术
7、发展简史（续）,&1.2 无线通信系统基本结构,通信系统基本模型,当信道为自然空间时，即无线通信系统.,工作过程:,将待发送的信息转换为电（光）信号，再通过信道媒介（有线或无线）进行传输，在接收端将信号还原（解调）为信息。,13,无线通信系统主要由发送端机（发信机）和接收端机（收信机）两部分组成。,发信机基本结构,收信机基本结构,无线通信系统基本结构,14,发信机功能(发送过程),2、调制：将基带信号调制到中频/射频载波上，某些应用领域还有一个对基带信号进行加密的步骤。,3、上变频：将信号变频到实际通信的频段（频道）。,4、放大：对信号进行放大到满足信号处理或通信（距离）要求的功率水平。 5、
8、滤波：对频谱起肃净作用,减少高功率RF信号对其他相邻信的干扰,需要滤波。,6、发射天线：将信号有效地发射到自由空间。除了要求信号功率外，有时还有方向性要求，及电波传播方式的选择。,发信机基本结构,15,1、基带信号产生：编码等信号处理产生待发射的基带信号。,完成基带信号对中频载波的调制，将其上变频至特定的RF频段，对已调制的RF信号放大, 以足够的功率馈入到天线,经天线有效地发射出去。,发信机射频前端结构,信道安排,16,发信机射频前端电路功能,调制/上变频（频谱搬移）：将基带信号调制到中频/射频载波上。 是否可以直接发射基带信号（没有调制）？,放大：（1）调制器输出信号通常较小,需要放大;（
9、2）上变频器输出信号通常较小,为保证一定的通信距离,已调制的RF信号需要放大到足够的功率。,收信机功能(接收过程),收信机基本结构,17,5、解制：将中频解调为基带信号，某些应用领域还有一个对基带信号进行解密的步骤。,4、 下变频：将信号变频到中频或基带频率。,3、 放大：对接收的信号进行放大到满足信号处理或通信（距离）要求的功率水平。,1、接收天线：选择待接收的调制的RF信号（频带信号）,6、基带信号回复：解码等信号处理产生信息。,2、滤波：对频谱起肃净作用,减少高功率干扰信号和电路寄生频率信号对有用信号的干扰, 选择出待接收的RF或信道信号。,在收信机系统中，收信机射频前端性能至关重要。因
10、为空间中充满了各种各样的电磁波信号，有用信号和无用信号混杂在一起，如何既有效的接收到有用信号，同时还需尽可能的将无用信号抑制下去，一直是无线通信技术领域中一个主要研究课题。,18,收信机前端结构,信道特点,从复杂的电磁波谱中选择出微弱的有用信号，经下变频、放大后, 解调出基带信号。,收信机射频前端电路功能,典型的无线通信系统结构,19,20,典型的超外差式微波通信系统 (WLAN),21,典型的超外差式毫米波通信系统 (WLAN/WPAN),22,典型的零中频无线通信系统 (移动电话和WLAN),无线通信系统组成部分 RF Front-end Section (Analog/RF Singal
11、 Circuit) RF-DS Conversion Section(Mixed Signal Circuit) Baseband Section (Digital Signal Circuit),23,无线通信系统工作方式,1.单工(SX),2.半双工(HDX),时刻1,时刻2,3.全双工(FDX),24,电磁波频谱的频段:,电磁波频谱,电磁波频谱及频段划分,粗略划分: 低频、中频、高频、射频、微波、毫米波、亚毫米波、THz 、红外线、可见光波、紫外线、X射线等。,低频、高频、超高频、射频、微波、毫米波频段?,25,电磁波频谱频段及典型应用领域,26,27,电磁波频谱频段及典型应用领域(续）
12、,可用电磁频谱,目前为止，已知的可获得的电磁频谱频率范围大约为：100-1022 Hz.,虽然对电磁频谱有各种频段划分方法及用途规定。,然而，对电路设计师来讲,更为实用的划分界线为：波长是否与电路及其元器件的实际尺寸相当。在这个界限上/下采用的电路分析理论和设计方法显著不同。,不同频段的电路设计,28,&1.3 无线通信特点与系统要求,无线通信系统特点,发信机与收信机之间的信道为自由空间!,多径效应引起的衰落,29,存在其他信道的干扰; 存在吸收性、干涉性引起的信道衰落（空间电磁波传播途径的多样性，可以说任一接收点收到的均是多径信号的叠加结果-多径效应）; 移动时存在多普勒频移现象等等。,大气
13、吸收效应引起的衰落,（1）良好的频率选择性 （2）低噪声、高动态范围 （3）良好的抗干扰能力 （4）相位噪声低的变频本振信号源 （5）带外辐射要小 （6）低功耗技术 （7）高DC-RF转换效率,无线通信系统性能要求,30,&1.4 无线通信射频电路特点,低频信号发生器的内部结构,低频电路与系统,31,电阻器,电容器,线圈,电池,运算放大器,晶体管,低频、中频、高频电路使用的元器件,32,射频微波模拟电路与系统,2GHz Two-stage 100W PA,1.8GHz PLL,应用于5.8 GHz无线局域网MCM系统(MCM-D),33,射频微波电路使用的元器件,34,贴片电阻器,贴片电容器,
14、贴片三极管,晶体管管芯,毫米波模拟电路与系统,使用CPW传输线的Ku波段两级平衡放大器MMIC,使用微带线的单片35 GHz接收机,35,毫米波集成电路使用的元器件,36,电阻器,电阻器等效电路,电容器,电容器等效电路,电感器,电感器等效电路,MEMS电容器,问题,元器件的寄生参数效应在什么频率下可以忽略或必须考虑？电路及系统设计有何区别?,实际元器件除完成它主要呈现的性能外，还附带表现出其他性能-寄生参数效应。,根据电路和元器件尺寸(d)与其工作信号波长()的关系确定。电路分为两大类： (1)集总参数电路：满足d条件的电路。 (2)分布参数电路：不满足d条件的电路。,37,为什么低频、射频、
15、毫米波电路使用的元器件结构和形状不同？,射频、微波、毫米波、亚毫米波频段电路是分布参数电路,其分析与设计方法不同于传统的集总参数式模拟电路。,38,低频电路通常是集总参数,使用的基体材料的特点和区别; 使用的元器件的特点和区别; 使用的分析与设计方法的特点和区别; 使用的电路拓扑结构的特点和区别; 系统性能的特点和区别;,不同频率的模拟电路及系统设计有什么特点和区别?,&.5 通信射频电路技术趋势,高频率化,HF - VHF - UHF - MW - MMW,增加信道带宽。,高速率化,实时传输声音、 数据、 图象等多媒体信息的需要。,集成化和小型化,RFIC/MMIC,VSLI,ASIC,MEMS,SOC,SIP 新材料,新工艺, 新器件。,低电压、低功耗,39,数字化(软件化),软件无线电: 实现不同频率/制式无线通信系统的互连互通,一机多用。,软件无线电关键技术 （1）宽带多频段天线与射频前端技术 （2）模拟信号的数字化技术 （3）高速DSP芯片技术 （4）软件算法问题,40,“高频”电路和“高速”电路?,“高频”电路属于模拟电路;,“高速”电路属于数字电路。,从高频（模拟电路）和高速（数字电路）这两个角度来看，均已经涉及到了电磁场与波的概念和分析方法，所以现代通信技术与电磁场理论是紧密联系在一起的，学好电磁场与电磁波对于无线通信专业的学生是非常必要的。,41,
