无线通信射频收发系统探究

杨正勇 同方电子科技有限公司

前言

信息化时代背景下，数据信息量呈爆炸式增长，尤其是对数据信息传输提出了更高的要求，要保障数据信息传输的完整、快速、安全等。射频技术作为一种能够在空间进行辐射的电磁波，将能够满足数据信息传输的各种要求。因此，研究无线通信射频收发系统的设计与调试具有一定的现实意义。

一、无线通信射频收发系统工作基本原理分析

（一）关于射频发射机工作原理的分析

对于射频发射机来讲，其作用是对信号进行转换，即：将低频基带信号转化成为高频射频，通常要实现这个目标需要用到滤波器、放大器以及调制器等。首先，由混频器、滤波器、调制器对低频基带信号进行处理，具体来讲是由调制器对信号进行首次解调，再依托模拟调制以及数字调制的形式来实现；随后，需要对信号进行进一步处理，这个环节主要是由本振单元进行处理，通常来讲无线通信射频收发系统中的本振单元是由锁相环电路、鉴相器电路、数字分频电路组成；完成处理之后再将信号继续传输到混频器之中；最后，由滤波器完成滤波处理。

射频发射机中DAC 实现产出模拟信号的功能，先将数字信号转换成为模拟信号，再由滤波器进行滤波处理，目的是将各类干扰信号进行有效清除。需要注意的是，在对有用信号进行选择的过程中，要基于无线通信射频收发系统实际需求进行明确，基本组成部分有射频滤波器、镜像抑制滤波器以及信道选择滤波器等。

对于混频器来讲，其作用是对频率进行上变频，能够将信号进行频率变化，也就是将基带信号转换成为高频信号。

（二）关于射频接收机工作原理的分析

接收机顾名思义就是对射频信号进行接受，并经过相关的解调使其转换成为低频信号。在无线通信射频收发系统之中，接收信号的部位是天线，依托天线对射频信号进行接收，并将其传输到LNA，由其实现放大，同时对其进行相关处理，例如，放大、变频、滤波、解调等，这样就可以将模拟的信号成功转换成为数字信号，随后由系统的后端设备进行对应的分析与处理。

二、无线通信射频收发系统设计方法概述

（一）FPGA 外围电路设计

灵活性较高、处理能力强、效率高、容量大，使得FPGA 成为实现软件无线电的主要手段之一。FPGA 之中有很多个LCA（逻辑单元阵列），其每一个逻辑单元阵列之中还配置了进行编程的互联纵贯线、可有效输入输出的模块（IOB）以及能够进行灵活配置的逻辑模块（CLB）。在对无线通信射频收发系统的外围电路设计时，依托FPGA 进行设计，通过发挥各个基本单元模块的功能，一方面能够基于实际需求对电路进行组合，并确保电路成为时序电路；另外一方面，其中的组合逻辑能够借助小型查找表来实现，而对于时序逻辑来讲，同样可以依托查表与D 触发器的输入端进行连接，基于D 触发器驱动作用的支持下，可以将其他逻辑电路或者还是IO 口进行有效驱动，确保其能够稳定运行。在对模块之间进行连接时，通常是借助拥有编程功能的金属线来实现，金属线可以互连，又将其与外部的IO 口进行连接，然后对编程数据进行加载，使其能够融入到内部静态存储单元之中，这样整个FPGA 的逻辑就全面实现了。

（二）关于射频发射机的设计方法

频率稳定度、调整特性、互调衰弱、射频输出频谱、辐射、发信载频包络、相位误差、平均载波频率、频率误差等性能指标，都将对射频发射机的设计产生一定的影响。在设计过程中，要充分考虑到发射机的调制处理能力是借助功率放大器来实现的，然后由其对信号频率结构进行改变与处理，最后由天线将信号发射出去。

具体设计需要包括放大电路与晶体振荡电路。在对放大电路进行设计时，首先需要结合实际需求确定三极管，这样才能对电阻值进行合理调整，从而确保电路内部工作电压保持稳定。射频发射机的晶体震荡电路设计通常设计成为联晶体震荡电路，但是需要注意的是晶体的质量与振子结构会对振荡性能产生一定的影响。因此，也可以选择克拉泼振荡电路，作为电容反馈三点式振荡器来讲，其稳定性非常好，因此在射频发射机设计过程中被经常使用。

（三）关于射频接收机的设计方法

在对射频接收机进行设计时，要对通信系统的具体要求进行分析，例如，信道、频率等方面都是必须考虑的因素。第一，严格按照接收机的频率、工作信道等因素，对性能指标进行明确。（1）在对滤波器阶数、噪声系数、信道增益等方面进行明确时，建议从根据射频前端电路之中滤波器的中心频率进行确定；（2）混频器的设计过程中，需要考虑中频频率，同时满足接收机工作频率与本振频率的要求，并对混频器的隔离度进行重点关注；（3）以前端设计为基础搭建相关电路，例如，前端电路、下变频电路、中频电路等。射频发射机的前端电路主要是由滤波器与放大器构成；又例如，下变频电路，主要是由混频器、移相器、功分器等部分组成；对于中频电路来讲，主要由中频放大器、中频滤波器和数控衰减器组成，通常中频滤波器要选用两级带通滤波器级联的模式；数控衰减器能实现信道的增益控制，从而便完成了整个射频接收机的设计。

（四）关于天线的设计方法

由于天线是收发电磁波的主要载体，因此设计需要满足这些要求：第一，需要在天线附近形成位移电流，那么就需要借助电场进行高速变化才能实现。电磁波的空间辐射通常在借助位移电流并在空间之中不断推进从而达成目标。这里位移电流的空间推进实际能力，与天线的电源频率有着密切的关系，也就是说电源频率越高，那么其辐射能力就更强。第二，要确保辐射电波的稳定性，通常要将天线设计成为带电的开放性结构。

三、结语

综上所述，随着信息技术的快速发展以及人们在数据信息方面的需求，从而对无线通信射频收发系统的性能提出了更高的要求。本文从无线通信射频收发系统的基本构成、工作原理、设计以及测试等方面进行分析，从而明确了该系统设计需要注意的技术要点以及测试要点。当然，在人们需求日益变化的趋势下，还需要进一步结合实际情况对无线通信射频收发系统的设计进行优化，这样才能实现性能的有效提升，并获得使用者的认可以及应用。