射频系统知识 生产技术部：郑长瀚 2018/12/4.

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1 射频系统知识 生产技术部：郑长瀚 2018/12/4

2 射频系统知识 天线基础知识 RF系统基础知识 2018/12/4

3 天线知识介绍 天线原理简介 天线的种类简介 内置天线的制作简介 2018/12/4

4 天线原理简介 导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长度和形状有关。如图所示若两导线的距离很近，电场被束缚在两导线之间，因而辐射很微弱；将两导线张开，如图 所示，电场就散播在周围空间，因而辐射增强 2018/12/4

5 天线原理简介 天线的基础知识 1.1 天线的输入阻抗 Zin
定义：天线输入端信号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗。 输入阻抗具有电阻分量 Rin 和电抗分量 Xin ，即 Zin = Rin + j Xin 。电抗分量的存在会减少天线从馈线对信号功率的提取，因此，必须使电抗分量尽可能为零，也就是应尽可能使天线的输入阻抗为纯电阻。事实上，即使是设计、调试得很好的天线，其输入阻抗中总还含有一个小的电抗分量值。 输入阻抗与天线的结构、尺寸以及工作波长有关，半波对称振子是最重要的基本天线 ，其输入阻抗为 Zin = 73.1＋ｊ42.5 (欧) 。当把其长度缩短（３～５）％时，就可以消除其中的电抗分量，使天线的输入阻抗为纯电阻，此时的输入阻抗为 Zin = 73.1 (欧) ,（标称 75 欧） 。注意，严格的说，纯电阻性的天线输入阻抗只是对点频而言的。 顺便指出，半波折合振子的输入阻抗为半波对称振子的四倍，即 Zin = 280 (欧) ,（标称300欧）。 有趣的是，对于任一天线，人们总可通过天线阻抗调试，在要求的工作频率范围内，使输入阻抗的虚部很小且实部相当接近 50 欧，从而使得天线的输入阻抗为Zin = Rin = 50 欧------这是天线能与馈线处于良好的阻抗匹配所必须的。 2018/12/4

6 天线原理简介 1.2天线的工作频率范围（频带宽度）
无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围（频带宽度）内工作的，天线的频带宽度有两种不同的定义------ 一种是指：在驻波比SWR ≤ 1.5 条件下，天线的工作频带宽度； 一种是指：天线增益下降 3 分贝范围内的频带宽度。 在移动通信系统中，通常是按前一种定义的，具体的说，天线的频带宽度就是天线的驻波比SWR 不超过 1.5 时，天线的工作频率范围。 一般说来，在工作频带宽度内的各个频率点上, 天线性能是有差异的，但这种差异造成的性能下降是可以接受的。 2018/12/4

7 天线原理简介 1.2 移动通信常用的基站天线、直放站天线与室内天线 1.2.1 板状天线 天线的基本知识
1.2 移动通信常用的基站天线、直放站天线与室内天线 板状天线 天线的基本知识 无论是GSM 还是CDMA， 板状天线是用得最为普遍的一类极为重要的基站天线。这种天线的优点是：增益高、扇形区方向图好、后瓣小、垂直面方向图俯角控制方便、密封性能 可靠以及使用寿命长。 板状天线也常常被用作为直放站的用户天线，根据作用扇形区的范围大小，应选择相应的天线型号。 2018/12/4

8 天线原理简介 2018/12/4

9 手机天线的种类 外置式：¼波长鞭状、¼波长伸缩式（振子螺旋天线组合）、螺旋 内藏式：微带缝隙、微带贴片、介质、背腔式、铁氧体式。
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10 内置天线的制作简介 内置集成微带天线的特点 • 内置微带天线可集成到印制电路板和外壳上，在手机内部，不额外增加设备尺寸；
• 内置微带天线有机械刚性，不易被损坏； • 采用屏蔽技术来屏蔽天线，SAR值非常小； • 天线受人体的影响相对要小； • 微带天线的输入阻抗容易做到50Ω ，不需要匹配电路或非平衡转换器，容易实现批量生产，重复性好； • 微带天线通过耦合方式馈电，在隔离接收与发射频段方面也相当简便，可以消除双工器； • 若采用E场和H场元件分集技术，则不必附加独立的分集天线； • 设计参数通过最优化手段实现体积小、成本低，并能增加带宽， 同时提高对垂直和水平极化波的接收灵敏度，实现更好的全向辐射特性； • 容易设计出双频段的内置集成微带天线。 2018/12/4

11 内置天线的制作简介 PIFA天线的英文全名是“Planar Inverted F-shaped Antenna”，即“平面倒F型天线”。由于整个天线的形状像个倒写的英文字母F，故得名。其基本结构是采用一个平面辐射单元作为辐射体，并以一个大的地面作为反射面，辐射体上有两个互相靠近的Pin脚，分别用于接地和作为馈点。 2018/12/4

12 内置天线的制作简介 （短接电路 <=> /4 谐振片<=>紧凑的结构） （水平面的全方向性） （同向和交叉极化）
PIFA （短接电路 <=> /4 谐振片<=>紧凑的结构） （水平面的全方向性） （同向和交叉极化） （多谐的） 辐射体 流入 2018/12/4

13 内置天线的制作简介 空间结构要求  两种天线的设计对空间的预留都必须考虑Chu极限定理，但在组成上，PIFA要求必须有一个辐射单元和一个大的接地面，两者互相平行，并且辐射体和接地面之间必须有一个不小的间距。接地面和辐射体都是物理实体，它们必须位于手机上，所以对结构限制较大。采用PIFA天线手机不可能做得很薄。 而采用单极子天线进行设计，则天线仅有一个辐射体而没有地面，因此它对辐射空间的要求就仅仅是天线辐射体周围的空间而没有地面的限制，天线占用的辐射空间可以不在手机体上而在手机周围的外界空间。因此对结构的限制较小。 2018/12/4

14 内置天线的制作简介 可靠性  PIFA天线需要两个Pin脚，而单极子天线仅仅需要一个Pin脚。如果PIFA天线的接地Pin脚接触不可靠，则对天线的性能会产生较大的影响，已经有天线厂家提供的相关结论证实。单个触点产生的天线问题更容易排查，因此单极子天线比PIFA天线具有更高的可靠性。 2018/12/4

15 内置天线的制作简介 地面的尺寸对天线性能的影响
地面的尺寸对天线性能的影响  对PIFA天线来说，最优的带宽出现在接地面的尺寸大约为0.35，0.85和1.35处。接地面上的最小电流周期为0.5。而对单极子天线来说，则不存在最优尺寸限制。而接地面长度的变化对频率和带宽的影响如下表所示（资料来源于台湾中山大学相关仿真实验结果） 2018/12/4

16 内置天线的制作简介 设计难度 PIFA天线由于接地面的作用使频率性能变得十分稳定，因此其设计难度相对较小，任何手机天线厂家都乐于采用PIFA天线做设计。而内置单极子天线受结构件的影响较大，加上人手和使用手机的人体对它的影响都较大，在设计时需要考虑各种环境因素对它的影响，因此设计难度较大。但结合用户的使用要求，在待机状态、使用状态下根据用户通常的持机习惯结合手机的结构将天线设计成不同状态下呈现不同的方向图特性，但最终能够满足用户的要求，这种天线设计方式需要很高的技巧，但也具有很强的市场竞争力，这类手机不易被其他厂家模仿，这也是少数领先的手机厂商在最新上市的杀手锏类机型中通常使用这类天线做手机设计的重要原因。索爱E908中的天线在闭盖和翻盖下有不同的方向性，Motorola V3中用一根金属棒即可以做设计，都显示了很高的天线设计技巧。 2018/12/4

17 内置天线的制作简介 结构射频规则 以下介绍采用PIFA天线和单极子天线做内置天线设计的主要结构规则。
  结构射频规则 以下介绍采用PIFA天线和单极子天线做内置天线设计的主要结构规则。 [规则1] 在设计任何种类的移动电话内置天线时，为获得尽可能好的性能，和天线制造商应在最初阶段以来开始设计天线是很重要的，这对内置天线厂家来说尤其重要。 [规则2] 使用尽可能大的空间：对天线性能来说，尺寸越大越好。GSM三频天线推荐的尺寸是20×40×8mm（PIFA，PCB单侧），或14×40mm（Monopole，PCB双侧）。对PIFA天线，辐射体和地面的高度是带宽的主要决定因素，推荐为8mm，最低不得小于6.5mm。  [规则3] PCB长度对天线增益有显著的影响，推荐双频PCB长度不得小于80mm。当PCB长度小于80mm时，增益显著恶化。如做多频段设计，PCB长度应适当加长。 [规则4] 天线应远离以下金属物体，保持6mm以上间距，并要求以下物体有良好的接地：LCD、摄像头、液晶屏、按键等的弯曲电缆、连接振荡器或扬声器的导线、含金属的螺丝或螺母。 2018/12/4

18 内置天线的制作简介 [规则5] 馈点和短接电路点接近接地片（手机PCB板）的边缘，对弹片接触来说，弯折点和PCB焊点的距离应为4－5mm。
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19 内置天线的制作简介 [规则6] 不要屏蔽焊点，尽可能减少EMC遮护板。 2018/12/4

20 内置天线的制作简介 [规则7] 发射片的边缘尽可能靠近接地片边缘，甚至可以超出接地片边缘。 2018/12/4

21 内置天线的制作简介 [规则8] 手机所有金属必须正确接地，避免能量损失和附加不辐射谐振，关注射频屏蔽罩。
[规则9] 发射片和接地片之间的空间尽可能多地填充空气，支撑物应尽可能少。 2018/12/4

22 内置天线的制作简介 [规则10] 天线推荐和避免放置的位置： 2018/12/4

23 内置天线的制作简介 避免放置位置 2018/12/4

24 内置天线的制作简介 [规则11] 推荐天线形状为天线结构附近尽量减少其他物体，保持天线为一金属片状结构，尽量避免减小天线宽度。（结构）
[规则11] 推荐天线形状为天线结构附近尽量减少其他物体，保持天线为一金属片状结构，尽量避免减小天线宽度。（结构） 2018/12/4

25 内置天线的制作简介 [规则12] 推荐焊盘大小2×3mm，间距2mm。（PCB）
[规则13] 连接天线馈电点的传输线尽量采用共面波导结构（CPW）。（结构和PCB） [规则14] 天线下方尽量减少元件，特别是较高的元件。天线下放置元件的面积最多不超过30％，最高元器件与天线的间距最少要确保为2mm。（结构） [规则15] 不能在天线正下方放置匹配焊盘，匹配元器件应在天线馈电点附近。（PCB） [规则16] 天线与电池的最小距离为10mm。（结构） [规则17] 天线不应被耦合到屏蔽罩，所有接地屏蔽应与天线有6mm间隔。（结构） 2018/12/4

26 内置天线的制作简介 [规则18] Hinge的Flex Film Cable应与天线保持6mm距离。（结构）
[规则19] 天线塑料盖内侧和后侧使用最少的金属喷涂。（EMC）  [规则20] 避开有争议的PCB板宽，在有DCS工作的情况下，PCB宽度推荐设计为35mm或45mm，不要设计在40mm，以避免形成DCS交叉极化。 2018/12/4

27 RF基础知识 模拟信号与数字信号 模拟信号 基带信号(一般指未调制过的信号)瞬时值状态无限，如正弦信号.语音信号.图像信号等。
已调信号(载波一般为正弦信号)的参数A.F.P状态数无限 2018/12/4

28 RF基础知识 2018/12/4

29 RF基础知识 数字信号 基带信号的瞬时值状态数有限。 如计算机.电报机等输出的信号。 已调信号的参数A.F.P状态数有限。
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30 RF基础知识 数字通信 点---点单路通信系统 2018/12/4

31 RF基础知识 信源: 可以是模拟信源(连续信源)，也可以是数字信源(离散信源)。
信源编码: 对模拟信号作为A/D和压缩，对数字信号进行压缩。 信道编码: 提高通信可靠性，Pe’<Pe 。 调制器: 作用同模拟信号。 发、收滤波器: 模拟通信作用，且使系统无码间干扰，Pe最小。 同步器: 使收发信机步调一致地工作以正确传输信息。 2018/12/4

32 RF基础知识 点---点多路通信（TDM） 设信源为模拟的 2018/12/4

33 RF基础知识 对信号进行时域分割TDM，也可用FDM。 若无帧同步码，则无法对各路信号进行正确分接。 2018/12/4

34 RF基础知识 数字通信 码速率RB、信息速率Rb、 误码率PeB、误信率Peb RB：每秒钟传输的码元数, 单位为波特(Bd)
Rb：每秒传输的信息量，单位为：比特/每秒(bit/s，bps) 例： Rb=RB×log2M 2018/12/4

35 RF基础知识 当 P(1)=P(0) 时，P(3)=P(-3)=P(1)=P(-1)=1/4，
I(1)=I(0)=－log(1/2)=1bit，I(3)=I(-3)=I(-1)=I(1)=－log(1/4)=2bit， 可见 Rb2 = RB2 = RB2×log2(2)， Rb4 = RB4×2 = RB4×log2(4) 一般：独立事件 X1，X2，…Xm 构成消息X，当 P(Xi) = 1/m i= 1,2, …m 时，每个符号携带信息量的平均值最大为 H(X) = log2(m) bit / 符号，此时 Rb = RB×log2(m) PeB = 错误码元数/传输总码元数 Peb = 错误信息量/传输总信息量 2018/12/4

36 RF基础知识 2 GSM900/ 1800 双频手机RF 部分的主要技术指标和设计要求
四类机, 阶段2 增强型( class Ⅳ phase Ⅱplus) E - GSM900MHz 部分的主要RF 指标如下: 工作方式: TDMA - FDD 工作频率: 上行Tx (反向) 880MHz～915MHz ,下行Rx (正向) 925MHz～960MHz 双工频率间隔: 45MHz , 载波间隔: 200kHz 每载波时隙数: 8 (当前全速率) / 16 (今后半速率) 每帧长度: 41615ms , 每时隙长: 577μs 传输速率: kbps ( 即在每时隙上传156125bits) 调制方式: 采用I/ Q 正交GMSK调制 静态参考灵敏度: 优于- 102dBm/ RBER (Re－siodual BER) < 2 % 动态范围: - 47dBm～110dBm 频率误差: < 1 × , 相位误差的均方根值: < 5°, 相位误差的峰值: < 20° 射频输出功率: 5 级( 33dBm) ～ 19 级 (5dBm) , 级差: △= 2dB , 共有15个功率等级 2018/12/4

37 RF基础知识 DCS1800 二类手机( class Ⅱ) 部分的主要RF 指标:
工作频率: 上行Tx : 1710MHz～1785MHz , 下行Rx : 1805MHz MHz , 收发频率间隔: 95MHz 静态接收参考灵敏度: - 100dBm/ RBER < 2 % 发射单元频率误差: Fe < 1 × , 相位误差 均方根值< 5°, 峰值< 20° 射频输出功率:3 级(24dBm) ～15 级(0dBm) ,共 有13 级功率;步进△= 2dB 其余设计要求与GSM900 相同 2018/12/4

38 RF基础知识 2018/12/4 超 外 差 二 次 变 频 接 收 机 框 图

39 RF基础知识 2018/12/4 超 外 差 一 次 变 频 接 收 机 框 图

40 RF基础知识 直 接 变 换 的 接 收 机 方 框 图 2018/12/4

41 RF基础知识 二、低噪声放大器 低噪声放大器（LNA）被用来将天线收到的微弱的无线蜂窝信号，放大到混频器所需要的幅度。如果低噪声放大器损坏,通常会造成手机接收信号差的故障。 低噪声放大器通常又称为前置射频放大器，前置射频放大器是移动通信接收机最常用的一种小信号放大器，由于此类放大器常用低噪声器件来实现，故又称为低噪声放大器。 在第一级高频放大电路设置低噪声放大器可以改善接收机的总噪声系数,同时高频放大器可防止RXVCO信号从天线路径辐射出去。图1-18所示的是一般LNA的两种形式(参见三极管部分)。 2018/12/4

42 RF基础知识 2018/12/4

43 RF基础知识 双工滤波器的输出信号被送人低噪声放大器放大。Q1、Q2与周边元件构成一低噪声放大器,这是一个带负反馈的共发射极电路,又是一个宽带放大器,它用以对微弱的射频信号进行放大并弥补射频滤波器带来的插入损耗。在图1-18中,Q1的发射极旁路电容C3对该放大器的增益影响很大,它可减小R4对信号的负反馈影响。该电路中,Q1的直流工作点主要由R1和R2决定,属固定分压偏置。在图1-18中,Q2的直流工作点由R6、R5决定,为集电极反馈偏置,同时R5也是负反馈元件,C5和R7的作用与图中的C3、R4一样。实际上,Q1、Q2电路是一个宽带高频小信号放大器。 对这一位置的高频放大器中的三极管,要求其截止频率高,放大倍数大,噪声系数小。第一级信号很小,工作点通常设得比较低,同时加人电流负反馈,则可以减小噪声。 前面我们讲到的是一些分离元件的低噪声放大电路。在实际工作中,还常会遇到低噪声放大电路被集成在一块芯片中的情况。 2018/12/4

44 RF基础知识 有关资料： 放大器中的噪声是由放大器中的元器件(包括管子、电阻等)，内部载流子的不规则运动引起的。它主要是电路中电阻的热噪声和三极管(或场效应管)内部噪声,这些噪声实际上是杂乱的无规则的变化电压或电流,故称为起伏噪声，起伏噪声的频率成分非常丰富,它的能量连续分布在很宽的频率范围内。而放大器内部噪声主要有热噪声、散弹噪声、分配噪声和闪烁噪声等。 2018/12/4

45 RF基础知识 混频电路 混频电路又叫混频器（MIX）是利用半导体器件的非线性特性,将两个或多个信号混合,取其差频或和频,得到所需要的频率信号。在手机电路中,混频器有两个输入信号(一个为输入信号,另一个为本机振荡),一个输出信号（其输出被称为中频IF）。在接收机电路中的混频器是下变频器,即混频器输出的信号频率比输入信号频率低；在发射机电路中的混频器通常用于发射上变频,它将发射中频信号与UHFVCO(或RXVCO)信号进行混频,得到最终发射信号。混频器是超外差接收机的核心电路,如接收机的混频器出现故障,则无接收中频输出,造成手机无接收信号、不能上网等故障。 2018/12/4

46 RF基础知识 变频器的原理方框图如图所示。 2018/12/4

47 RF基础知识 1．晶体管混频器 晶体管混频器有多种电路形式。其中双极型晶体管混频器可在共发射极电路基础上构成，信号和本振信号由基极输入,或信号由基极输人、本振信号由发射极输人。两信号由基极输人的电路输入阻抗高,对本振而言,负载轻。 2．二极管混频器 二极管混频器尽管存在损耗,但其噪声及杂波输出比晶体管混频器要少.诺基亚的GSM手机多采用这种混频器 3．集成混频器 在早期的手机中,有的混频器单独使用一个集成组件,如今手机中的混频器多被集成在一个复合的射频处理或中频处理模块中 要寻找混频电路就需掌握手机框架结构, 在手机接收机电路中,如看到射频信号与VCO信号输人到同一个电路,则这个电路应是混频电路(这就要求能辨别RXVCO电路)。同时掌握MIX等英文缩写(如图1-25所示),以便于识别电路 2018/12/4

48 RF基础知识 中频放大器 接收机的中频放大器主要是将混频器输出的信号进行大幅度提升,以满足解调电路的需要。接收机的主要增益也来自中频放大器，中频放大器损坏常会造成手机接收差的故障。 移动通信接收机均要使用中频放大器。中频放大器最主要的作用是： 获取高增益：与射频放大部分相比,由于中频频率固定,并且频率较低,可以很容易地得到较高的增益,因而可以为下一级提供足够大的输人。 提高选择性：接收机的邻近频率选择性一般由中频放大器的通频带宽度决定。 对于中频放大器,不仅需要得到高的增益、好的选择性,还要有足够宽的通频带和良好的频率响应、大的动态范围等。而接收机的邻近信道选择性一般由中频放大器的通频带宽度决定，由于中频信号为单一的固定频率,其通频带可最大限度地做得很小,以提高相邻信道选择性。在实际工程上,一般采用多级放大器,并使每级实现某一技术要求，就电路形式而言,第一级中频放大器多采用共发射极电路,最后一级中频放大器多采用射极输出电路。不论接收机采用一次或二次变频技术,中频放大器总是位居下变频（即混频）之后。 2018/12/4

49 RF基础知识 为避免镜频干扰,提高镜频选择性,接收机通常采用降低第一本机振荡频率、提高第一中频频率和多次变频的方法,使信号频谱逐渐由射频搬移到较低频率上。 分离元件的中频放大器电路形式与低噪声放大器的电路形式很相似,也是一个共发射极电路,只是它们工作的频点不一样。 摩托罗拉手机中通常使用分离元件的中频放大器,其他手机的中频放大器通常都是在一个集成电路中。图1-26是cd928手机的中频放大器。 2018/12/4

50 RF基础知识 中频放大器的电路形式与低噪声放大器的电路形式差别不大,但它们工作的频段不同。低噪声放大器是一个宽带放大器,而中频放大器是一个窄带放大器。中频放大电路的信号通路和偏压、电源的查找与低噪声放大器的方法一样,读者可自行分析。 在集成的中频放大器中查找信号通道等相对困难些,它不是一个单一的电路,通常存在于一个复合电路中,尽管如此，它总是有规律可寻的。从手机的电路结构知识可以知道：中频放大器总是置于混频后,所以只要掌握混频电路,则较容易找到中频放大器。 2018/12/4

51 RF基础知识 解调电路 接收机的解调电路是把包含在接收中频信号中的语音信息或各种信令信息还原出来,得到中心频率为67.707kHz的RXI/Q信号。在接收机电路中,解调电路输出的RXI/Q信号是检修接收机电路的一个关键信号。 在移动通信中,常用的解调技术有锁相解凋器、正交鉴频解调器等 2018/12/4

52 RF基础知识 PLL（锁相环）可以跟踪输人信号,它可以用作解调锁相解调器的方框图。手机采用的就是锁相解调器，有的锁相解调器中鉴相器的参考频率由216Mz的振荡器提供,有的锁相解调器的参考信号则来自430MHz的振荡器。鉴相器通过对输入的两个信号的相位比较,输出一跟踪调制信号的低频信号,通过低通滤波器滤去高频噪声,即得到解调输出 2018/12/4

53 RF基础知识 图为正交鉴频器的原理框图。在正交鉴频器中,相移网络将频率的变化变换为相位的变化,乘法器将相位的变化变换为电压的变化。将调频信号与其移相信号相乘,通过低通滤波器将乘法器的输出信号中的高频成分滤出,就得到了解调信号。通常,在现代的通信设备的电路中,除正交线圈外,鉴频器的其他电路均被集成在芯片内。 2018/12/4

54 RF基础知识 需注意的是,这里所说的解调,是指接收射频电路中将包含信息的射频或中频信号还原出67.707kHz的基带信号的解调(针对GSM手机而言)。在逻辑音频电路中还有一个解调——GMSK的解调,它是将67.707kHz的信号还原出数码信号。 2018/12/4

55 RF基础知识 振荡电路 在电子设备中,振荡器的用途极为广泛。振荡电路的种类很多,按其工作原理,可分为反馈型振荡电路、负阻型振荡电路、多谐振荡电路(张弛振荡)；按使用元件,又分为IC振荡器、RC振荡器、晶体振荡器等。 按需要,振荡器可产生正弦波、脉冲波等。振荡器以放大器为基础,引入正反馈即可得到振荡电路如图所示。产生振荡的条件有两个：正反馈和环路增益为1。 2018/12/4

56 RF基础知识 LC荡器 把只由L和C构成的反馈电路称为LC振荡器。LC振荡器有调谐型和三元件型。它们包括集电极调谐型振荡器、基极调谐型振荡器、发射极调谐型振荡器；三点式的有，电容三点式振荡器和电感三点式振荡器。 RC振荡器 把由R和C构成的反馈电路称为RC振荡器,RC振荡器有电桥式和移相式。移相式又分为HP型和LP。HP是High Pass的缩写,即反馈电路由高通滤波器构成。LP是Low Pass的缩写即指反馈电路由低通滤波器构成。 2018/12/4

57 RF基础知识 图为RC移相振荡电路，通常用于频率需求较低的情况下。无绳电话中的导频的产生、呼叫信号的产生多采用这种电路。可调电阻R5用于调较振荡频率。图1-32(b)为维恩电桥振荡器。 2018/12/4

58 RF基础知识 晶体振荡器 在移动通信中，移动台需要能够根据实时分配到的话音信道改变自己的工作频率，这就要求必须有足够精度、稳定性好的频率合成器。而且随着通信技术的发展,对频率的稳定性和准确度的要求越来越高。在移动通信中,为了减少移动台之间或与基站间的相互干扰,常常要求频率稳定度优于10-5。而RC和LC都难达到这个精度。 只有高精度、高稳定性的振荡才可以减小因频率偏移而造成的邻近信道干扰。 石英晶片具有压电效应,能做成谐振器,且晶片本身的固有机械振动频率只与晶片的几何尺寸有关,其振动频率可以做得非常精确稳定。利用石英晶体振荡器可把振荡频率稳定度提高几个数量级。 在石英晶片的两面镀银,引出电极,然后封装在由金属或胶木、玻璃等材料制成的外壳里就得到晶体振荡器。石英晶体可以用人工合成,也可将天然晶体切割成晶片。 晶体用于振荡电路的形式较多。诺基亚2110的DSP(数字语音处理器)时钟振荡器为其中的一种,它构成射极跟随器,也被称为萨巴罗夫电路。 2018/12/4

59 RF基础知识 虽然晶体振荡器的振荡频率稳定,但由于某些客观因素的影响,使频率稳定度变差。晶体振荡器的频率稳定度主要受三种因素的影响：
1、是负载效应。减小负载效应一般是加隔离器,如射极跟随器等。2110的DSP时钟振荡器为射极输出,其带负载的能力就比较强,但为提高稳定度,其后还加了一级射极输出器,并采用变压器耦合加以隔离。下图就是一个射极输出的晶体振荡电路。 2018/12/4

60 RF基础知识 2、是推频效应。所谓推频效应,即由于供电系统条件发生改变,致使振荡电压源和电流发生改变、振荡器件的工作参数发生改变,最终使振荡器出现频率漂移。所以对其电压源要求较高,在移动电话内一般均使用专门的、比较精确的电源。如摩托罗拉168手机的VCO电源就通过了两次稳压。在诺基亚232和摩托罗拉168手机的发射接收VCO电路中,为了使振荡管具有较稳定的偏置,除了采用高精度的稳压电源外,还采用了固定分压偏置的共发射极电路。 2018/12/4

61 RF基础知识 3、是温度效应。晶体振荡器受温度的影响比较大,一般采用温度补偿或将振荡器放入恒温环境中来解决，温度补偿法包括模拟温度补偿、数字温度补偿及模拟—数字温度补偿法二大类。温度补偿电路有电容补偿电路及热敏网络补偿电路；电容补偿方法简单,但补偿范围较窄,一般在0～50℃之间,补偿精度一般可达到±5×106。而热敏网络补偿电路则用得较多,其补偿范围宽,在-40～70℃之间,补偿精度可达到±0.2×106。其原理图如图1-34所示。利用热敏网络给变容二极管提供一个随晶体工作环境变化的反向偏压,通过变容二极管电容的变化来补偿晶体振荡器因温度而导致的频率漂移。 在实际的移动电话电路中,目前多使用温度补偿压控振荡器组件(VCTXO)。如诺基亚232的14.85MHz振荡器和摩托罗拉168的16.8MHz振荡器,它们被封装在一个金属外壳里,与外界环境隔开。前者为接收发射VCO及PLL锁相环电路提供基准频率；后者既为射频电路提供基准频率,又为逻辑电路提供时钟信号。 2018/12/4

62 RF基础知识 锁相频率合成器 1．频率合成 在现代的移动通信中,常要求系统能够提供足够的信道,移动台也需能根据系统的控制变换自己的工作频率,这就需提供多个信道的频率信号。然而使用多个振荡器是不现实的，在工程中,通常使用频率合成器来提供有足够精度、稳定性好的工作频率。 将一个或多个基准频率信号变换为另一个或多个所需频率信号的技术称为频率合成,或频率综合技术。移动电话通常使用的是带锁相环的频率合成器。图为一个频率合成器的方框图。 2018/12/4

63 RF基础知识 我们设参考振荡信号为f1,VCO输出信号为f2,分频器输出的信号为f2/N,这整个环路的控制目的就是要使f1=f2/N。
在手机电路中,一个频率合成系统通常包含几个频率合成环路：接收VCO频率合成环路、接收中频VCO频率合成环路、发射中频VCO频率合成环路等。不管是哪一个频率合成环路,其电路结构均如上图所示 2018/12/4

64 RF基础知识 参考振荡 参考振荡在频率合成乃至在整个手机电路中都是很重要的。在手机电路中,特别是GSM手机中,这个参考振荡被称为基准频率时钟电路,它不但给频率合成环路提供参考信号,还给手机的逻辑电路提供信号，如该电路出现故障,手机将不能开机。 手机电路中的参考振荡都使用晶体振荡电路。而且,大多数手机中使用的是一个基准频率时钟VCO组件。在GSM手机中,这个组件输出频率是13 MHz,有时它被称为13MHz晶体。事实上它是一个VCO组件,13 MHz晶体及VCO电路中的晶体管及变容二极管等器件被封装在一个频率罩内(参见13MHz晶体振荡器的识别)。 13MHz振荡电路受逻辑电路提供的AFC(自动频率控制)信号控制。由于GSM手机采用时分多址(TDMA)技术,以不同的时间段(Slot,时隙)来区分用户,故手机与系统保持时间同步就显得非常重要。若手机时钟与系统时钟不同步,则会导致手机不能与系统进行正常的通信。 2018/12/4

65 RF基础知识 在GSM系统中,有一个公共的广播控制信道(BCCH),它包含频率校正信息与同步信息等。手机一开机,就会在逻辑电路的控制下扫描这个信道,从中获取同步与频率校正信息，如手机系统检测到手机的时钟与系统不同步,手机逻辑电路就会输出AFC信号。AFC信号改变13MHz电路中VCO两端的反偏压,从而使该VCO电路的输出频率发生变化,进而保证手机与系统同步。 2018/12/4

66 RF基础知识 鉴相器 鉴相器简称PD,是英文Phase Detector的缩写。它是一个相位比较器,是一个相差—电压转换装置,可将VCO振荡信号的相位变化变换为电压的变化。鉴相器输出的是脉动直流信号,这一脉动直流信号经LPF滤除高频成分后去控制VCO电路。 鉴相器是相位比较装置,它对基准信号f1与VCO产生的信号f2进行相位比较,输出反映两信号相位误差的误差电压。鉴相器多种多样,有模拟的,也有数字的。如双D鉴相器、鉴颁鉴相器等。 当采用数字鉴相器时,由于其输出为双端口输出,故在与环路滤波器的连接上很成问题。通常在两者之间加入一个双端输人单端输出,且能将鉴相器输出的相位误差信号正确地反映出来的电路,这一电路被称为电荷泵或泵电路。在摩托罗拉的GSM手机中,其发射频率合成中基本上都使用了泵电路。 在频率合成器中,为了作精确的相位比较,鉴相器均在低频下工作。 在手机电路中,鉴相器通常与分频器被集成在一个专用的芯片中(这个芯片通常被称为PLLIC)或被集成在一个复合芯片内(即该芯片包含多种功能电路)。 2018/12/4

67 RF基础知识 要查找鉴相器PD在什么地方,就需要先找出VCO电路和低通滤波器电路。参见变容二极管部分内容及“手机电路的识别”。 低通滤波器
低通滤波器简称LPF,是英文Low Pass Filter的缩写。低通滤波器又被称为环路滤波器，它是一个RC电路,位于鉴相器与VCO电路之间。低通滤波器电路基本形式如图所示。 鉴相器的输出不仅有控制信号,还有一些高频谐波成分,这些谐波将影响VCO电路的工作，低通滤波器就是要把这些高频成分滤除。 2018/12/4

68 RF基础知识 压控振荡器 压控振荡器简称VCO,是英文Voltage Control Oscillator的缩写。压控振荡器是一个电压—频率转换装置,可将鉴相器PD输出的相差电压信号的变化转化成频率的变化。 VCO电路为电压控制电路。其电压控制功能的完成是通过一个特殊的器件来完成的,这个器件就是变容二极管。 鉴相器输出的相差电压实际上是加在变容二极管两端的，当鉴相器输出发生变化时,变容二极管两端的反偏发生变化,导致变容二极管的结电容改变,VCO振荡回路改变,VCO输出频率也随之改变。在实际应用中,变容二极管为反向偏置使用,其线性好,可控范围大。 2018/12/4

69 RF基础知识 在手机电路中,VCO多种多样。有接收机VCO,有发射机VCO等。从电路形式上来说,VCO有分离元件电路与VCO组件(参见VCO组件的识别)。 早期的手机电路中的UHFVCO(或RFVCO、RXVCO等)通常是使用VCO组件,IFVCO(或VHFVCO等)使用的是分离元件的ⅤCO电路；现在手机电路中的VCO基本土都使用了VCO组件。 VCO在频率合成中相当重要。为了减小负载效应对VCO的影响,通常在VCO的输出端加人缓冲放大器。 压控振荡器在锁相环中比较重要,是频率合成及锁相环路的核心电路。它应满足这样的特性：输出幅度稳定性要好,在整个VCO工作频带内均应满足此要求,否则会影响鉴相灵敏度；频率覆盖范围要有余量；电压—频率变换特性的线性范围要宽。 2018/12/4

70 RF基础知识 分频器 鉴相器是将VCO输出信号与参考信号进行比较。在频率合成中,为了提高控制精度,鉴相器在低频下工作。而VCO输出频率比较高,这就离不开分频技术。 手机中的频率合成环路多,不同的频率合成环路使用的分频器不同：接收机的第一本机振荡(RXVCO、UHFVCO、RHVCO)信号是随信道的变化而变化的,该频率合成环路中的分频器是一个程控分频器,其分频比受控于手机的逻辑电路；中频VCO信号是固定的,中频VCO频率合成环路中的分频器的分频比也是固定的。 程控分频器受控于频率合成数据信号(SYNDAT、SYNDATA或SDAT)。 分频器通常被集成在PLL电路或一个复合中频模块中。在电路图中查找分频器可从两个方面着手；一是从ⅤCO的输出端去找；二是根据频率合成控制信号去找(参见手机电路的识别)。 2018/12/4

71 RF基础知识 注！综述 频率合成环路包含5个基本的功能电路：参考振荡；鉴相器；低通滤波器；压控振荡器；分频器。
参考振荡给频率合成环路提供基准信号,使手机的工作频率与系统保持一致鉴相器是一个相位—电压转换装置,它将信号相位的变化变为电压的变化。显然,这是一个比较器。 低通滤波器滤掉鉴相器输出的高频成分,以防止高频谐波对VCO电路的影响。在鉴相器中,参考信号与VCO分频后的信号进行比较。 VCO是一个电压一频率转换装置,它将电压的变化(鉴相器输出电压的变化)转化为频率的变化。VCO输出的信号通常是一路到其他功能电路；另一路回到分频器作取样信号。 分频器包含程控分频器和一般分频器。程控分频器的分频比是可变的,手机电路中UHFVCO(RXVC0)频率合成环路中的分频器就是一个程控分频器；一般分频器的分频比是固定的,手机电路中VHFVCO频率合成中分频器是固定的。分频器将VCO信号进行分频,得到频率比较低的信号,以提供鉴相器的比较精度(提高频率合成环路的控制精度)。 2018/12/4

72 RF基础知识 当VCO处于正常工作状态时,VCO输出一个固定的频率，若某种外界因素如电压、温度导致VCO频率升高,则分频输出的信号f2/N比参考信号f1高,鉴相器检测到这一变化后,其输出电压减小,使变容二极管两端的反偏压减小。这使得变容二极管的结电容增大,振荡回路改变,VCO输出频率降低。若外界因素导致VCO频率下降,则整个控制环路执行相反的过程。 在频率合成器中,基准频率f1是由晶体振荡器产生的信号分频而得。另一方面,程控分频器则将VCO产生的f分成f/N。这两个信号被送到鉴相器(PD，Phase Detector),当信号f/N与基准信号的频率、相位出现误差时,鉴频器输出对应于相位差的信号差电压。该信号经低通滤波器滤除高次谐波成分,去控制VCO的振荡频率。当f/N与基准频率的频率相位相同时,鉴相器的输出为0,VCO以原来的频率f=Nf继续振荡。只要电路工作正常,VCO的输出频率为Nf1,通常把这时的状态称为锁定状态。 程控分频器可以设定分频比,因此如果改变N,则PLL可以在跟踪范围内改变VCO的输出频率。移动电话的信道切换控制就是逻辑电路通过控制程控分频器的分频比来实现的。 当VCO信号工作在一个信道上并锁定时,f1=f/N,鉴相器PD输出保持不变。若逻辑电路改变N,则f/N发生变化,鉴相器检测到这种变化后,就会改变其输出,直到使f/N= f1。 2018/12/4

73 RF基础知识 锁相环PLL 锁相环的种类很多,它包括3个最基本的部件：鉴相器PD、环路滤波器(Loop Filter)和压控振荡器VCO。如图1-41所示。虽然锁相环看起来与频率合成器的框图很相似,但它是不同的两个概念,应注意区分。 鉴相器是相位比较装置,它对基准信号fl与VCO产生的信号f2进行相位比较,产生反映两信号相位误差的误差电压。鉴相器多种多样,有模拟的,也有数字的。如双D鉴相器、鉴频鉴相器等。 当采用数字鉴相器时,由于其输出为双端口输出,故在与环路滤波器的连接上很成问题。通常在两者之间加入一个双端输人单端输出,且能将鉴相器输出的相位误差信号正确地反映出来的电路,这个电路被称为电荷泵或泵电路。在摩托罗拉的GSM手机中,其发射频率合成中基本上都使用了泵电路 2018/12/4

74 RF基础知识 2018/12/4

75 RF基础知识 总结对听众的要求 总结您要进行的工作 2018/12/4

76 RF基础知识 ● 话音拾取：为送话器电路,该电路将模拟的声音信号转换为模拟的话音电信号，并通过一个话音频带形成电路,取3000~3400KHz的信号送到音频处理模块； ● PCM编码：是GSM手机中发射机电路的第一级信号处理,它将模拟的话音电信号转换为数字语音信号,是一级A/D转换电珞； ● GMSK调制：经逻辑电路对数字信号进行一系列处理后。将数码信号调制在67.707kHz的信号上； ● TXI/Q∶逻辑音频电路输出的发射基带信号,所有GSM手机的TXI/Q信号线都是4条,该信号发送到射频电路中的I/Q调制器去； ● TXI/Q调制：在该电路中,TXI/Q信号调制在一个发射中频信号上,所有GSM手机发射机电路中从话音拾取到TXI/Q调制部分的电路结构都基本相似； ● 发射交换：在这种发射机电路结构中,TXVCO电路产生一个工作在相应信道上的发射射频信号,该信号在一个混频电路中与RXVCO信号混频,得到发射参考中频信号。发射参考中频信号与I/Q调制后的发射已调中频信号进行鉴相,得到一个包含发送数据的脉冲直流信号,该信号对TXVCO信号进行调制,得到最终发射信号； ● 功率放大器：该电路将发射最终信号进行功率放大,以使射频信号有足够的能量从天线辐射出去； ● 发射上变频器：有发射上变频器的发射机电路中就无发射交换电路,反之亦然。在发射上变频器中,TXI/Q调制器输出的发射巳调中频信号与RXVCO信号进行混频,得到最终发射信号 2018/12/4

77 RF基础知识 发射机的功能电路 一个频率信号的某种特性参数随另一个信号而变化的过程或处理方法称为调制。按载波参数随调制信号变化的不同,调制可分为两大类：连续调制和脉冲调制。 连续调制又分为三种： 调幅(AM,Amplitude Modulation)、调频(FM,Frequency Modulation)、调相(PM,Phase Modulation)。 调频电路种类很多,但可分为两大类： (l)直接调频：用调制信号直接控制载波的瞬时频率。 (2)间接调频：先将调制信号积分,然后再对载波调相,以间接方法实现调频。 在直接调频电路中,常利用变容二极管来实现直接调频。这种电路简单,性能也较好,但其对中心频率的稳定度有一定的影响,而锁相环技术的运用与温度补偿压控晶振的结合减小了这些影响。在相当多的无绳电话电路中,由于没有PLL电路,常采用晶体与变容了极管相结合直接调频。 2018/12/4

78 RF基础知识 间接调频不在主振级进行调制,中心频率可获得较高的稳定度,但不容易获得较大的频偏,电路也比较复杂。在蜂窝手机中,常采用锁相调制器，手机中的发射VCO既起到了压控振荡的作用,又起到了调制器的作用。调相分为直接调相和间接调相，在频率调制电路前加一个微分器可实现间接调相。 模拟手机采用的调制技术基本土是调频,数字手机使用了数字调制技术。数字手机之所以被称为数字手机,就是它采用了数字调制技术(GMSK,高斯最小频移键控)。 需注意的是,GSM手机电路中的调制实际上包含几个方面：脉冲编码调制(实际上是一个模拟一数字转换)；GMSK调制(实际上是一个数字—模拟信号的转换)；射频电路中的调制。我们在讲手机电路时,通常指的是射频电路中的调制。 在射频电路中,不同发射机电路结构的调制有所不同： 带发射变换模块的发射机电路结构中,67.707kHz的信号首先调制发射中频,得到发射已调中频信号。这是一级调制,我们把它称为TXI/Q调制。 2018/12/4

79 RF基础知识 发射已调中频信号在发射变换模块中经处理得到包含发送数据的脉冲直流信号。该信号被送到TXVCO电路变容二极管的负极,控制TXVCO输出信号的频率。这实际上又是一级调制。 在带发射上变频的发射机电路结构中,只有一个 KHz信号调制发射中频的TXI/Q调制级。发射射频信号则来自RXVCO(或UHFVCO)和发射已调中频信号的差频。（参见发射机电路结构） GSM手机发射信号经上述功能电路,都会发生一些变化。在图1-45中,信号1是送话器拾取的模拟话音电信号,图1-46所示的波形是用示波器在cd928话音放大器输出端所测得的波形。 2018/12/4

80 RF基础知识 2018/12/4

81 用示波器在cd928话音放大器输出端所测得的波形。1
RF基础知识 用示波器在cd928话音放大器输出端所测得的波形。1 2018/12/4

82 RF基础知识 信号2是PCM编码后的数字话音信号,如图所示测量时,可以明显看到有话音输人和没话音输入时PCM编码器输出波形的变化(该信号是将GSM328设置在测试状态下,在PCM编码器测得的) 2018/12/4

83 RF基础知识 信号3是数字波。 2018/12/4

84 RF基础知识 信号4是经逻辑电路一系列处理后,分离输出的TXI/Q波形。TXI/Q信号如图所示,这两幅图分别是用100MHz数字示波器与20 MHz示波器所测得的TXI/Q波形，真正的发送信息只是包含在I/Q波形的顶部。 2018/12/4

85 RF基础知识 不论是哪一种发射机电路结构,TXI/Q信号从逻辑音频电路输出后,都进入到射频电路中的发射I/Q调制器中。在TXI/Q调制器中,67.707kHz的TXI/Q信号对发射中频载波进行调制,得到发射已调中频信号。TXI/Q调制器通常都是在一个中频处理模块中,少数的发射机则有一个专门的调制器模块。 不同结构的发射机电路对TXI/Q调制后的信号的处理有所不同,带发射变换模块的将该信号送到发射交换模块与发射参考中频进行比较,得到调制TXVCO的发送数据；带发射上变频器的则将该信号送到发射上变频器,与RXVCO或UHFVCO等进行混频。 2018/12/4

86 RF基础知识 五、功率放大器 手机电路中的功率放大器都是高频宽带功率放大器。
顾名思义,高频功率放大器用于放大高频信号,并获得足够大的输出功率。它广泛用于发射机、高频加热装置和微波功率源等电子设备申。 根据工作频带的宽窄不同,高频功放可分为窄带型和宽带型两大类。所谓频带的宽窄,指的不是绝对频带,而是相对频带,即通频带与其中心频率的比值。 宽带型高频功放是采用工作频带很宽的传输线变压器作为负载的功率合成器,由于采用谐振网络,因此可以在很宽的范围内变换工作频率而不必调谐。 传输线变压器是由绕在高导磁率磁环上的传输线构成的。在一些手机电路中,广泛使用微带线(见手机元件识别)电路。图弘79是诺基亚6150的一个功率放大器,图中的短粗线就是微带线，在手机PCB板上是不同形状的铜线。 调制后的射频信号经功率放大后,就可以进行传输。我们把这个功率放大器称为发射功率放大器，对于发射功率放大器需能在一给定频率上或频率范围内输出一定的发射功率。发射功率放大器总是工作在大信号状态下。在移动电话中,常采用硅场效应管和砷化镓场效应管作为功率放大管,它们的导热率比锗高许多，而且越来越多的手机使用功率放大器组件(参见功率放大器的识别)。一个完整的功率放大器通常包括驱动放大、功率放大、功率检测及控制、电源电路等。 2018/12/4

87 RF基础知识（扩频） 扩展频谱技术概述 概念：所谓扩展频谱技术一般是指用比信号带宽宽得多的频带宽度来传输信息的技术。一种典型的扩展频谱系统如图 信源 信源编码 信道编码 载波调制 扩频 调制 信 道 信息输 出 信源译码 信道译码 符号解调 解扩频 2018/12/4

88 RF基础知识（扩频） 它主要由原始信息，信源编译码，信道编译码（差错控制），载波调制与解调，扩频调制与解扩频和信道六大部分组成。信源编码的目的是去掉信息的冗余度，压缩信源的数码率，提高信道的传输效率。差错控制的目的是增加信息在信道传输中的冗余度，使其具有检错或纠错能力，提高信道传输质量。调制部分是为使经信道编码后的符号能在适当的频段传输，如微波频段，短波频段等。扩频调制和解扩是为了某种目的而进行的信号频谱展宽和还原技术。与传统通信系统不同的是，在信道中传输的是一个宽带的低谱密度的信号。为什麽要进行扩频？这是因为它具有一些独特的优点。 2018/12/4

89 RF基础知识（扩频） 优点 1) 抗干扰能力强，特别是抗窄带干扰能力。
1)   抗干扰能力强，特别是抗窄带干扰能力。 2)   可检性抵，(LPI---Low Probability of Intercept)，不容易被侦破。 3)  具有多址能力，易于实现码分多址（CDMA）技术。 4)    可抗多径干扰。 5)     可抗频率选择性衰落。 6)  频谱利用率高，容量大（可有效利用纠错技术、正交波形编码技术、话音激活技术等）。 7)    具有测距能力。 8) 技术复杂。 2018/12/4

90 RF基础知识（扩频） 应用：基于以上这些特点，扩频技术首先应用于军事通信，现在也开始民用和商用。
1) 卫星通信（多址，抗干扰，便于保密，降低平均功率谱密度） 2) 移动通信（多址，抗干扰，便于保密，抗多径，提高频谱利用率） 3)  无线本地环路 4)   GPS（选址，抗干扰，保密，测距） 测试仪，干扰仪测时延，无码测试仪````` 主要缺点：技术复杂，但是随着数字处理技术的发展，集成工艺进步，使扩频系统的实现变的简单，只需对扩展技术有一般的了解就可以从事扩频系统的设计工作。因此，扩频技术在这些年发展非常迅速，由军用到民用，商用，范围很广 2018/12/4

91 RF基础知识（扩频） 理论基础：扩展频谱技术的理论基础是信息论中的香农定理[1] 其中C------信道容量（比特/秒）
N-----噪声功率 W----带宽（赫兹） S 信号功率 当S/N很小时（≤0.1）得到： 在无差错传输的信息速率C不变时，如N/S很大，则必须使用足够大的带宽W来传输信号。扩展频谱的方式主要有直接序列(DS)，跳频(FH)，跳时(TH)及其的混合。直接序列扩频就是用比信息速率高很多倍的伪随机噪声码(PN)与信号相乘来达到扩展信号的带宽。跳频是使原信号随机的用不同载波传输发送，跳时是使用伪随机码序列来开通或关断发射机，即信号的发射时刻和持续时间是随机的。 2018/12/4

92 RF基础知识（扩频） 7.1 扩频系统的处理增益 对于一般的通信系统，常把信道模型简化为稳态的加性白色高斯噪声（AWGN）。调制解调模型就是在这样的信道下得到的。如在同样信息比特率下，发射信号所占有（消耗）的频带资源以及在相同误码率下所需的EP/N0，即所消耗的功率资源。但是在许多情况下，信道干扰模型不是平稳AWGN，如××××函数中，信号可能在中心频率附近受到××××干扰，或是经过变化的转发干扰、另外还有城市移动通信中的多径干扰等。对于这种干扰具有很强抵抗能力的调制解调技术—扩频技术，在这种系统中，它的××××的数字信息基带带宽宽许多倍，我们这里所讲的扩频系统除此特点之外，在信息解调时必须把接收信号与发送端使用的扩频码进行相关，这样FM系统不在属于我们的扩频系统，虽然虽然它的传输带宽也比信息基带带宽宽许多。 表明一个扩频系统抗干扰能力的参数叫处理增益，定义为： PG＝扩展频谱前的带宽/扩展频谱后的带宽 ＝扩展频谱带宽/信息基带带宽 对于不同的扩频方式 PG还有更直观的参数表示。 这一章我们主要介绍直接序列的扩频系统（DS）、跳频系统（FH）以及它们的混合系统 2018/12/4

93 RF基础知识（扩频） 跳频扩频系统（FH）
直接序列扩频是通过伪随机序列对被数据调制的载波直接进行高速二次调制来实现扩频。所谓跳频扩频方式是使伪随机序列控制被数据调制的载波中心频率在一组频率中随机地跳动。根据跳频速率的快慢，可把跳频系统分为快跳频和慢跳频。根据相位关系又把跳频分为相干与非相干跳频系统。 2018/12/4

94 RF基础知识（扩频） 它的发射方框如图，频综的输出为 ，通过k位伪随机码产生器的控制频综的输出频率。所以输出频率共有 不同个（ ）。设 为每 个频率点的输出时间宽度， 和 为n个输出频率的角频率和相位，则有 2018/12/4

95 RF基础知识（扩频） 接收框图如上。如果收端频综输出 的频率顺序与发相同（码产生器相同），且在每个频率上停留时间与发端 业完全相同，第三是本地频率变化时间与相应接收频率点的变化时间也相同－跳频图案完全同步，则变频后为 。 2018/12/4

96 RF基础知识（扩频） DS FH TH DS、FH、TH性能比较 优 缺 1 、捕获时间较长（解决快捕问题）
1、 近似白色平均功率谱密度，强的抗干扰能力－平均型 2、隐蔽性好，不易检测 3、抗多径干扰（因为测距能力， 可区别不同路径信号） 4、抗频率选择性衰落（频带宽） 5、 便于使用相干解调 6、有测距能力  1 、捕获时间较长（解决快捕问题）  2 、远近问题（要求功率控制）多些  3、 要求信道在宽带内相 频失真小（相干解调） FH 1.  抗频率选择性衰落 2.    对信道相频失真特性要求低 3.    便于与传统系统兼容 4.    捕获较快 5.    没有远近问题 1. 需要复杂的快速频综 2. 不便使用相干解调技术，性能差 TH 1. 实现比FH容易 无远近问题 1.  捕获时间长 设备输出峰值功率高 2018/12/4

97 RF基础知识（扩频） 干扰容限（Margin） 扩频系统的一个重要特征是它的抗干扰能力。对外部干扰抑制能力的大小通常以干扰容限来表征。
对扩频系统，通过相关解扩使SNR得到改善。 SNR0=（SNRi）(PG） 一般干扰容限定义为 Mj（db）=-（SNR）； （db）-L（db） 其中L（db）表示系统损失（如滤波器的不理想等） 对扩频系统 Mj（db）=（PG）（db）-（SNR0）（db）-L（db） 或Mj（db）=（PG）（db）-E0/N0（db）-L（db） 2018/12/4

98 RF基础知识（扩频） 自动增益控制 自动增益控制的作用是使输出信号的大小不受输入信号强弱的改变而改变。可见，AGC一定是个闭环系统。在扩频系统中，它的AGC与一般的通信系统不同。在解扩频之前，SNR是负值，如-20db。为不使信躁比损失要求在解扩频之前的电路工作在线性区。不仅对有用信号不限幅，对躁声也不能有明显的限幅（解决干扰强度的变化。因此，使输出躁声（主要）幅值基本恒定为AGC，实质上是躁声电平控制的AGC。当干扰信号强弱变化时（但不超出门限值）该AGC的主要作用是使放大器工作在线性区内，使输出有用信号大小随之变化，这种AGC一般称为非相干AGC。另一种AGC是相干AGC。当输入有用信号的幅度变化或由于非相干AGC的作用使输出信号幅度有变化，解扩频输出信号幅度也相应改变。这样会使PN码捕获和锁定的检测门限的设定遇到困难。为此，采用相干AGC来达到对有用信号稳幅的目的。但要注意，相干AGC也会带来问题，如果有用信号不存在，则通道增益很高，这时有假锁（虚锁），有信号时增益低，漏极概率需很低，同时满足两方面要求是很困难的，因而相干AGC的实现比较复杂，如作得不理想，会使工作性能更差。 2018/12/4

99 THE END THANKS 2018/12/4