無線通信射頻收發系統探究

楊正勇 同方電子科技有限公司

前言

信息化時代背景下，數據信息量呈爆炸式增長，尤其是對數據信息傳輸提出了更高的要求，要保障數據信息傳輸的完整、快速、安全等。射頻技術作為一種能夠在空間進行輻射的電磁波，將能夠滿足數據信息傳輸的各種要求。因此，研究無線通信射頻收發系統的設計與調試具有一定的現實意義。

一、無線通信射頻收發系統工作基本原理分析

（一）關于射頻發射機工作原理的分析

對于射頻發射機來講，其作用是對信號進行轉換，即：將低頻基帶信號轉化成為高頻射頻，通常要實現這個目標需要用到濾波器、放大器以及調制器等。首先，由混頻器、濾波器、調制器對低頻基帶信號進行處理，具體來講是由調制器對信號進行首次解調，再依托模擬調制以及數字調制的形式來實現；隨后，需要對信號進行進一步處理，這個環節主要是由本振單元進行處理，通常來講無線通信射頻收發系統中的本振單元是由鎖相環電路、鑒相器電路、數字分頻電路組成；完成處理之后再將信號繼續傳輸到混頻器之中；最后，由濾波器完成濾波處理。

射頻發射機中DAC 實現產出模擬信號的功能，先將數字信號轉換成為模擬信號，再由濾波器進行濾波處理，目的是將各類干擾信號進行有效清除。需要注意的是，在對有用信號進行選擇的過程中，要基于無線通信射頻收發系統實際需求進行明確，基本組成部分有射頻濾波器、鏡像抑制濾波器以及信道選擇濾波器等。

對于混頻器來講，其作用是對頻率進行上變頻，能夠將信號進行頻率變化，也就是將基帶信號轉換成為高頻信號。

（二）關于射頻接收機工作原理的分析

接收機顧名思義就是對射頻信號進行接受，并經過相關的解調使其轉換成為低頻信號。在無線通信射頻收發系統之中，接收信號的部位是天線，依托天線對射頻信號進行接收，并將其傳輸到LNA，由其實現放大，同時對其進行相關處理，例如，放大、變頻、濾波、解調等，這樣就可以將模擬的信號成功轉換成為數字信號，隨后由系統的后端設備進行對應的分析與處理。

二、無線通信射頻收發系統設計方法概述

（一）FPGA 外圍電路設計

靈活性較高、處理能力強、效率高、容量大，使得FPGA 成為實現軟件無線電的主要手段之一。FPGA 之中有很多個LCA（邏輯單元陣列），其每一個邏輯單元陣列之中還配置了進行編程的互聯縱貫線、可有效輸入輸出的模塊（IOB）以及能夠進行靈活配置的邏輯模塊（CLB）。在對無線通信射頻收發系統的外圍電路設計時，依托FPGA 進行設計，通過發揮各個基本單元模塊的功能，一方面能夠基于實際需求對電路進行組合，并確保電路成為時序電路；另外一方面，其中的組合邏輯能夠借助小型查找表來實現，而對于時序邏輯來講，同樣可以依托查表與D 觸發器的輸入端進行連接，基于D 觸發器驅動作用的支持下，可以將其他邏輯電路或者還是IO 口進行有效驅動，確保其能夠穩定運行。在對模塊之間進行連接時，通常是借助擁有編程功能的金屬線來實現，金屬線可以互連，又將其與外部的IO 口進行連接，然后對編程數據進行加載，使其能夠融入到內部靜態存儲單元之中，這樣整個FPGA 的邏輯就全面實現了。

（二）關于射頻發射機的設計方法

頻率穩定度、調整特性、互調衰弱、射頻輸出頻譜、輻射、發信載頻包絡、相位誤差、平均載波頻率、頻率誤差等性能指標，都將對射頻發射機的設計產生一定的影響。在設計過程中，要充分考慮到發射機的調制處理能力是借助功率放大器來實現的，然后由其對信號頻率結構進行改變與處理，最后由天線將信號發射出去。

具體設計需要包括放大電路與晶體振蕩電路。在對放大電路進行設計時，首先需要結合實際需求確定三極管，這樣才能對電阻值進行合理調整，從而確保電路內部工作電壓保持穩定。射頻發射機的晶體震蕩電路設計通常設計成為聯晶體震蕩電路，但是需要注意的是晶體的質量與振子結構會對振蕩性能產生一定的影響。因此，也可以選擇克拉潑振蕩電路，作為電容反饋三點式振蕩器來講，其穩定性非常好，因此在射頻發射機設計過程中被經常使用。

（三）關于射頻接收機的設計方法

在對射頻接收機進行設計時，要對通信系統的具體要求進行分析，例如，信道、頻率等方面都是必須考慮的因素。第一，嚴格按照接收機的頻率、工作信道等因素，對性能指標進行明確。（1）在對濾波器階數、噪聲系數、信道增益等方面進行明確時，建議從根據射頻前端電路之中濾波器的中心頻率進行確定；（2）混頻器的設計過程中，需要考慮中頻頻率，同時滿足接收機工作頻率與本振頻率的要求，并對混頻器的隔離度進行重點關注；（3）以前端設計為基礎搭建相關電路，例如，前端電路、下變頻電路、中頻電路等。射頻發射機的前端電路主要是由濾波器與放大器構成；又例如，下變頻電路，主要是由混頻器、移相器、功分器等部分組成；對于中頻電路來講，主要由中頻放大器、中頻濾波器和數控衰減器組成，通常中頻濾波器要選用兩級帶通濾波器級聯的模式；數控衰減器能實現信道的增益控制，從而便完成了整個射頻接收機的設計。

（四）關于天線的設計方法

由于天線是收發電磁波的主要載體，因此設計需要滿足這些要求：第一，需要在天線附近形成位移電流，那么就需要借助電場進行高速變化才能實現。電磁波的空間輻射通常在借助位移電流并在空間之中不斷推進從而達成目標。這里位移電流的空間推進實際能力，與天線的電源頻率有著密切的關系，也就是說電源頻率越高，那么其輻射能力就更強。第二，要確保輻射電波的穩定性，通常要將天線設計成為帶電的開放性結構。

三、結語

綜上所述，隨著信息技術的快速發展以及人們在數據信息方面的需求，從而對無線通信射頻收發系統的性能提出了更高的要求。本文從無線通信射頻收發系統的基本構成、工作原理、設計以及測試等方面進行分析，從而明確了該系統設計需要注意的技術要點以及測試要點。當然，在人們需求日益變化的趨勢下，還需要進一步結合實際情況對無線通信射頻收發系統的設計進行優化，這樣才能實現性能的有效提升，并獲得使用者的認可以及應用。