无线通信射频器件分类与原理

1、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 ServiceEDGE:Enhanced Data rates for Global EvolutionCDMA:Code Division Multiple Access CDMA

2、2000WCDMA:Wideband Code Division Multiple AccessTD-SCDMA:Time Division SynchronousCode Division Multiple Access PAS ：Personal Access Phone SystemLTE ：Long Term EvolutionFDD ：Frequency Division DuplexTD ：Time Division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(905915MHZ ）*第2代：（second genera

3、tion 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 2.5G2G 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第4代（4th generation 4G）第四代移动电话行动通信标

4、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，频率为f ，速度为V ，得：=V/f波长入的单位是米(m，速度的单位是米/秒(m/sec，频率的单位为电磁波的传播赫兹(Hertz，Hz 。可由水波传播理解可由水波传播理解：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）波段名称波长范围（含上限不含下限）1甚低频（VLF）330千赫（KHz）甚

5、长波10010km2低频（LF）30300千赫（KHz）长波101km3中频（MF）3003000千赫（KHz）中波1000100m4高频（HF）330兆赫（MHz）短波10010m5甚高频（VHF）30300兆赫（MHz）米波101m6特高频（UHF）3003000兆赫（MHz）分米波微波10010cm7超高频（SHF）330吉赫（GHz）厘米波101cm8极高频（EHF）30300吉赫（GHz）毫米波101mm9至高频3003000吉赫（GHz）丝米波10.1mm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

6、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 幻灯片 11SS1请对图中缩略语进行解释，放在批出备注中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。

7、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。 天馈系统工作描述发射路径发射路径：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：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控制电路和驻波比报警器，LNA 报警器报警器：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

8、信号，直接反馈到控制台典型系统产品照片 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： 带通滤波器的工作原理原始信号带通滤波器的主要电气参数1. 带外抑制带外抑制：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；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 。 幻灯片

9、20SS2S -parameters的含义请列出来Steve Si, 2014/7/17带通滤波器的主要电气参数5.插入损耗插入损耗：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。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

10、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。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带通滤波器阀门抽头通过水闸窗口过滤单元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*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 幻灯片 24SS

11、5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 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。 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）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

12、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。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 滤波器滤波器，按照谐振器的不同按照谐振器的不同，可做如下分类可做如下分类：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

13、能与耗能的比值，与谐振器损耗的直接相关。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 介质滤波器 高Q 值（1.8GHZ 可以达到40，000） 低插入损耗体积较小。在1.8GHZ ，体积为相同频率的同轴谐振器滤波器的60左右 功率容量较大平均功率稳定性差谐波对响应的影响大，不容易解决 单个谐振器的成本高滤波器的设计、调试较困难 可实现带宽窄对滤波器的体积/重量要求严格时可考虑使用 介质双模滤波器 高Q 值（在1.8GHZ 可达20，000左右）滤波器节数比相同

14、响应的单模滤波器少一半 体积可为相同响应的单模介质滤波器的60 很少在移动通信中应用 温度特性和平均功率稳定性差 单个谐振器的成本高 谐波对响应的影响很大，难以控制设计调试困难，不利于批量生产 可实现带宽窄同轴谐振器滤波器 中等的Q 值（1.8GHZ 可以达到7，000）良好的可靠性良好的平均功率和温度特性良好的功率容量成熟的设计和调试方法 成熟的制造工艺谐波特性较好中等体积目前在移动通信中大量应用螺旋滤波器 成熟的设计和调试方法 成熟的制造工艺易于实现低频率 凡谷机密 机械稳定性较差 功率容量较差 Q 值较低（800MHZ 时Q 为1，000）现在的产品较少采用 陶瓷滤波器 体积小成熟技术

15、大批量生产容易 温度和平均功率特性较好 Q 值低（1.8GHZ 的Q 值700） 功率容量小 大量应用微带线滤波器 体积小容易实现生产一致性很好成本低 Q 值低（1.8GHZ 的Q 值为150左右） 功率容量差 温度和平均功率特性差特殊情况下有应用 集总元件滤波器体积小 可实现频率低（2MHZ1000MHZ 温度和平均功率性能稳定 容易批量制造功率容量低 损耗大双工器简介双工器介绍双工器由一个接收端滤波器和一个发射端滤波器组成，实现收/发共用； 高/低端滤波器可以是带通、带阻、低通、高通滤波器；可以由各种谐振器滤波器组合；最常见的是同轴谐振器带通滤波器组成的双工器； 详细的介绍可以参考滤波器的介绍 几种常见的双工器同轴带通双工器 螺旋带阻双工器波导带通双工器陶瓷带通双工器其它微波器件低通滤波器 *低通滤波器常作为带通带通滤波器的补充元件使用低通滤波器常作为带通带通滤波器的补充元件使用，所有用微波结构实现的带通滤波器，都会在通带的高频端形成谐波，如左图所示。在谐波位置，滤波器对带外信号的抑制不能满足系统要求。因