在一个无线通信系统中，只有前端的一小部分电路工作在射频阶段，即通常所说的射频前端电路，其余的电路都是进行低频的基带模拟和数字信号处理。通常射频前端电路包括低噪声放大器、混频器和功率放大器等电路。尽管这部分电路的器件数量比基带电路少得多，但仍然是整个系统成败的关键。
1
学科知识
A、通信原理：为系统构架了基本的调制、解调和基带数字信号处理方案。
B、接收发送机系统设计：规划了接收机、发送机的结构。
C、集成电路设计：实现射频系统所需要的每一个芯片。
2
设计规划
与模拟集成电路设计的八边形法则类似，射频电路设计需要在较宽的动态范围和较高的频率下进行模拟信号处理，因此，射频电路设计也有着自身的六边形法则。如图1.2所示，噪声、线性度、电源电压、增益、工作频率、功率是射频电路中最重要的指标。在实际设计中，这些参数中的任意两个或多个都会互相牵制，这将导致设计变成一个多维优化的问题。这样的折中选择、互相制约对射频电路设计提出了许多难题，通常需要射频设计者的直觉和经验才能得到一个较佳的折中方案。
3
应用领域
（1）基站
（2）手机
（3）无线局域网（WLAN）
（4）全球定位系统（GPS）
（5）射频标签（RFID）
（6）物联网（IOT）
1.2射频电路中的基本概念 1.2.1
非线性
在信号系统的概念中，如果一个系统的输出可以表示为每个输入所对应输出的线性叠加，那么我们称这个系统为线性系统，即对于输入x1（t）和x2（t）,有其对应输出y1(t)和y2(t)，且可以表示为
和
那么对于任意常数a,b，有：
(1-1)
因此，如果系统不满足式（1-1），则为非线性系统。
不利影响：
1、谐波
设一个正弦信号x（t）=Acos wt 作用于一个非线性系统时，输出可以表示为：
Y(t)=a1Acoswt +a2A2cos2wt +a3A3cos3wt (1-2)
在式（1-2）中，输出的a1Acoswt为基频，a2A2cos2wt、a3A3cos3wt 等高阶项称为谐波。可以发现，在输出中出现了输入没有的频率信号，其中的根本原因就在于电路的非线性。
2、增益压缩
从式（1-2）中看出，当输入信号幅度变化时，输出幅度并不是马上呈线性变化，即增益也是相应发生变化，并不是一个定值。实际上，在射频电路中，输出信号是输入信号的一个压缩或饱和函数，这一影响由1db压缩点来量化。1db压缩点定义为使小信号增益下降1db时，输入信号的值 。
3、阻塞
当一个无线接收机位于一个相邻频道发射机附近时，由于接收机前端的射频滤波器无法滤出这个邻道的大信号，就有可能出现信号阻塞的情况。在进行射频电路设计时，一般要求射频接收机阻塞的强信号比有用信号大70db以上。
4、互调
当一个弱信号与一个强干扰信号同时经过一个非线性系统时，除了发生阻塞情况外，还可能发生干扰信号的幅度调制会影响有用信号的幅度，称为互调。
5、交调
当两个不同频率信号经过一个非线性系统时，由于两个信号的混频，会产生一些新的频率信号，称为交调。
1.2.2
噪声与噪声系数
概述:
噪声限制了电路能够正确处理的最小电平信号，它与功耗、速度和线性度相互制约，是进行射频电路设计时要考虑的重要因素。噪声过程是随机的，噪声的瞬时值是不能确定的，但是噪声的平均功率是可以预测的，可以依靠统计的方法来表示噪声的特性。
噪声源：
1、热噪声。
起因：导体中的不规则热运动。
2、散弹噪声。
起因：电子电荷的粒子性。产生需满足的条件：（1）要有直流通过；（2）存在电荷载体跃过的电位壁垒。
3、闪烁噪声。
起因：较复杂，其一为晶格的缺陷。
1.2.3
灵敏度与动态范围
概述：
射频接收机的灵敏度：解调输出达到最低信噪比时接收机可检测的最小信号。
动态范围：接收机正常工作时所能承受的最大信号强度和所能检测的最小信号强度的比值。
衡量方式：
（1）BDR：指接收机实际输出与理想的线性输出相比衰减1db时的输入功率和接收机灵敏度的比值。
（2）SFDR：指接收机三阶交调输出功率和接收机最小噪声功率相同时的输入功率与接收机灵敏度的比值。表示在一个较小的输入信号下，一个接收机在产生可接收信号质量的情况下能容忍的最大干扰信号。
结论：最小信号强度反应了灵敏度，最大信号强度反应了线性度。其中，接收机的线性度由功率增益1db压缩和三阶交调点来衡量。
1.2.4
传输线性理论
概述：
传输线性理论是分布参数电路理论，它是场分析和基本电路理论之间联系的桥梁。传输线性理论用来分析传输线上电压和电流的分布，以及传输线上阻抗的变化规律。
用来传输电磁能量的线路称为传输系统，由传输系统引导向一定方向传播的电磁波称为导行波。
分类：射频微波传输线种类繁多，从大类上分为3种：
（1）TEM波传输线。如：平行双导线、同轴线及微带传输线（包括带状线和微带）。
（2）波导传输线。如：矩形波导、圆柱波导、椭圆波导及脊波导。
（3）表面波传输线。如：介质波导、镜像线及单根线等。
1.2.5
史密斯圆图
概述：史密斯圆图是把特征参数和工作参数形成一体，采用图解法解决的一种专用圆图，也称为阻抗圆图。
史密斯圆图广泛应用于射频微波放大器、振荡器、阻抗匹配等多种射频电路中。可以利用它来完成诸如读取阻抗、导纳、发射系数和驻波比等参数，也可以进行LC和传输线匹配电路设计，分析电路的噪声系数、电路增益以及稳定系数等工作。
一个典型的史密斯圆图如上图图1.7所示，史密斯圆图是电阻圆和电抗圆的组合，阻抗圆图的上半部分x为正数，表示阻抗为感性。阻抗圆图的下半部分x为负数，表示阻抗为容性。圆图上的任何一点都对应着一个反射系数和一个归一化的阻抗Z。在阻抗圆图上坐标（-1,0）表示短路点，（1,0）表示开路点，（0,0）表示匹配点。
1.2.6
阻抗变换网络
阻抗变换网络：在一个恒压源阻抗和负载成负数共轭的情况下，为使负载从电源上获得最大功率而存在的。
1.3发送机、接收机概述 发送机和接收机是射频通信机的基本组成部分，也是最重要的射频电路。
1.3.1
发送机结构
主要功能：调制、上变频、功率放大和滤波。
直接变频发送机
构成：数字基带部分、数字模拟转换部分、模拟基带部分、射频前端部分。
数字基带部分主要完成信号的编码、OFDM调制、数字滤波等功能，硬件主要是由寄存器和全加器构成，性能指标主要是信噪比。
数模转换器（DAC）将数字信号转换为模拟信号，需要的确定的指标有采样频率和信噪比。
模拟基带主要完成对DAC的输出信号进行滤波及增益调整。主要指标有3db带宽、带外抑制情况、带内纹波、群延时、增益调整范围及步长、线性度、带内噪声等。
射频部分包括调制器、功率放大器。调制器将IQ信号合并成一路并调制到高频，主要指标有增益、噪声、线性度、频率调整范围、增益平坦度、本振信号泄露等。功放电路的指标主要有线性度、饱和功率、频率覆盖范围和增益调整范围等。
1.3.2
接收机结构
一般的接收机系统组成：射频滤波器、低噪放、混频器、频率综合器、数字衰减器、中频放大器和ADC等。下面介绍四种主要接收机。
1、超外差式接收机
在无线传输的通信收发机中，超外差式接收机是目前最常用的一种结构，该接收机通过天线接收高频且微弱的有用信号，然后经过射频滤波器，滤除其他频率的干扰信号，再通过低噪声放大器以放大有用信号的功率，然后将有用信号通过混频器与本镇信号进行混频，产生一个固定频率的中频信号，这就是一个超外差式接收机的信号变化过程。再将中频信号经过中频电路的信道滤波和中频放大，信号传输到ADC变成数字信号，也可以将中频信号进一次变频，然后再将变换后的中频信号传输到基带进行数字信号的处理。
存在的问题：镜像信号的抑制、对相邻信道干扰信号的抑制。
2、零中频接收机
零中频结构是指射频信号经过混频器变频之后直接变换到基带信号，在整个接收电路没有中频信号。这样，本镇信号的频率与射频信号的频率相等，中频大小就等于0，也就不存在镜像信号的干扰。但如果射频信号只和一个本振信号进行混频，就会使得信号的正负频率成分混叠在一起，恶化了信号的质量，直接影响接收机的整个性能。所以，一般零中频接收机通常采用正交下变频的方式对信号进行变换，直接转换为I、Q两路正交的基带信号，然后经过低通滤波器和基带放大器，将信号传输到ADC。
存在的问题：本镇泄露、直流偏差、I/Q失配。
3、低中频接收机
低中频接收机是为了更好的解决零中频结构中的直流偏差，同时有效抑制超外差式接收机中的镜像信号的干扰而产生的，结构和零中频接收机相同（见图1.14）。低中频接收机这种结构更适合应用在射频集成电路，由于在混频器后面使用低Q值的低通滤波器，就可以实现镜像干扰信号的抑制和信道的选择，有效的简化了整个接收机的复杂度，更利于电路的集成。而且，直流偏差、本镇的泄露和两阶交调对该结构方式都不是很敏感，但由于存在实际电路I和Q两条正交之路的失配，低中频结构对镜像干扰信号的抑制程度也是有限制的。
4、数字中频接收机
在数字中频接收机结构中，混频器和滤波器都可以在数字域中实现，超外差、低中频和零中频结构中的中频级也都可以数字化。在两次变频的超外差式结构中，第二次变频采用数字中频的方式，接收电路的IQ支路是通过数字电路部分实现的，这样就可以很好的匹配IQ电路，提高接收机系统的整体性能，但是这样就需要提高对ADC的性能要求，最后将输出的数字基带信号传输给基带处理部分。
5、带通采样的数字中频接收机
如果将ADC完全置于射频前端，并靠近天线的地方，也就是在射频阶段实现有用信号的数字采样并进行数字混频，这就是软件无线电，并且根据采样定理的要求，其ADC转换器的采样速率需大于载波频率的2倍，而且由于目前技术的限制，不能提供一个处理器件来应对这么高的采样率。然而，因为有用信号是一种带通信号，故可以采用带通采样技术对有用信号进行采样，这样就可以降低ADC转换器的采样速率，故其采样率不再受到射频载波频率的限制，而可以依据有用信号的带宽来选择适合的采样率。在这种情况下，高性能ADC前面的射频器件只有滤波器和低噪声放大器，其结构框图如图1.16所示，ADC采样之后实现有用信号的数字变频和滤波。另外，很显然这种带通采样也可以应用于超外差式结构中，取代模拟的IQ下变频，而在基带实现数字化的IQ变频。
/3 
