射频基础与测量

©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/1R&S中国培训中心©2005射频基础与测量©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/2一、基本理论oRF基本概念oRF系统的构成o调制与解调二、RF测量oRF信号的测量oRF系统的测量三、测试仪器主要内容©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/3培训达到的目的1.熟悉射频基本概念.2.了解射频基本测试方法.3.对测试仪器有一定了解.©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/4通信系统分类ƌ按传输媒介1.有线通信系统2.无线通信系统ƌ按调制方式1.模拟通信系统2.数字通信系统©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/5常用的通信系统频率范围常用符号用途3Hz-30kHzVLF（甚低频）电话、长距离导航、时标30kHz-300kHzLF（低频）导航、信标、电力线通信300kHz-3MHzMF（中频）调幅广播、业余无线电3MHz-30MHzHF（高频）短波广播、军用通信30MHz-300MHzVHF（甚高频）电视、调频广播、空中管制、车辆通信、导航300MHz-3GHzUHF（特高频）电视、空间遥测、雷达导航、移动通信3GHz-30GHzSHF（超高频）微波接力、卫星和空间通信、雷达30GHz-300GHzEHF（极高频）雷达、微波接力、射电天文学音频范围(AF)f1MHz射频范围(RF)f3GHz微波范围f40GHz毫米波范围f40GHz©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/6什么是RF?1.RF,radiofrequency,主要指发射的无线电波(又称射频),应用于无线通信。2.RF有时称为高频,它是相对于低频而言。3.RF的用途,主要是迅速而准确地传输信息,以克服距离上的障碍,是无线通信的关键技术,是传输信息的载体。©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/7OKCSERV69FBABCSTOCKHOLMTRAFFIC2RF无处不在©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/8RF应用于无线通信1.AMPS、TACS2.GSM/EDGE/GPRS3.CDMA、WCDMA、TD-SCDMA4.Bluetooth5.WLAN802.11a/b/g(Wi-Fi)6.WIMAX802.167.PHS8.DECT9.analogwirelesscommunication,Walkie-talkie©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/9RF信号是模拟的1.无线数字通信系统采用数字调制方式.2.无线模拟通信系统采用模拟调制方式.3.无线通信系统不管是模拟还是数字的,RF信号是模拟的.©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/10常用的微波波段代号0.375－0.380－1000.3W0.5－0.37560－800.4V0.75－0.540－600.6U1.11－0.7527－400.8Ka1.67－1.1118－271.25K2.5－1.6712－182Ku3.75－2.58－123X7.5－3.754－85C15－7.52－410S30－151－222L波长范围（cm）频率范围（GHz）标称波长（cm）波段代号©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/11波理论3.当天线可与波长相比拟时,发射效率越高.fc*l=1.波长与频率成反比,C是光速，等于3×108米/秒2.波具有直射/反射/绕射/衍射特性,频率越高,直射能力越强,频率越低,绕射能力强.4.RF是频率很高的波.©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/12常用的工程量纲功率：1w=103mw=106μwdBm=10lg(P/1mw)dB=10lg(P/Pref)电平：1V=103mv=106μv频率：1kHz=103Hz1MHz=106Hz1GHz=109Hz©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/13RF端口阻抗1.通常RF电缆和端口为50欧姆2.广播电视同轴电缆为75欧姆3.当负载阻抗和输出阻抗相等时,能够得到最大功率传输4.当端口之间阻抗不相等时,信号会发生反射R0RL©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/14RF连接头1.BNC，频率最高2GHz2.N，频率最高18GHz3.SMA，频率最高24GHz4.3.5mm，频率最高38.8GHz5.2.92mm，频率最高46.5GHz6.Female,阴头或母头；Male,阳头或公头©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/15SMA阳–SMA阳SMA阴BNC阳-BNC阴N阴-N阴N阳-BNC阴©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/16射频与微波模块、元器件1.电阻R、电容C、电感L2.单端口器件（天线、吸收负载）3.双端口器件（滤波器、衰减器、放大器、移相器）4.多端口器件（混频器，耦合器，功分器/合路器、隔离器、双工器）©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/17RF模块/天线©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/18RF模块/合路器性能指标：插入损耗：A1-B1带内波动：E带外抑制：F端口回波损耗：A1-C1隔离度：A1-D1A1B1B2A2C1D1C2D2合路器EF©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/19RF模块/放大器1.低噪声放大器（LNA），位于接收机前端。增益噪声系数带内失真2.功率放大器（PA），位于发射机末级。输出功率线性度带外杂散方向隔离度©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/20RF模块/滤波器1.低通滤波器2.高通滤波器3.带通滤波器4.带阻滤波器f20dBAf0dBf1Af0dBf1Aff20dBf1Aff20dBf1Aff23dB60dBB3dBB60dB波形系数SF60/3=B60dB/B3dB©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/21RF模块/定向耦合器性能指标：耦合度：输入端的输入功率Pi与耦合端的输出功率Pc之比，记为Kc＝10lg（Pi/Pc）隔离度/定向性：输入端的输入功率Pi与隔离端的输出功率Ps之比，记为Ks＝10lg（Pi/Ps）方向性：耦合端的输出功率Pc与隔离端的输出功率Ps之比，记为Kd＝10lg（Pc/Ps）1432©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/22RF模块/频段双工器1.将不同频段的信号传输给同一传输线并借助同一副天线发送出去。将同一天线接收来的不同频段的信号分开以便进行检测。2.利用两个不同中心频率的带通滤波器进行频率的混合和分离。©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/23PLL:phaselockloop锁相环PDLFVCO11N1N2f0freff0/N2=fref/N1f0=fref*N2/N1©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/24ALC:自动电平控制©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/25傅立叶变换/反变换dtetxfFftjp2)()(-∞∞-⋅=∫dfefFtxftjp2)()(⋅=∫∞∞-频域中的信号时域信号©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/26射频信号的数学表示式V=A(t)cos[2πf(t)+ϕ(t)]tAf时域频域©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/272、数字RF系统的构成原始信息基带滤波I/Q调制信源编码发射本振混频器前置放大器功放I/Q解调基带成形接收本振混频器低噪声放大器信道编码滤波双工器滤波信道解码信源解码原始信息©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/28FDMATDMACDMATimeFreqTimeFreqTimeFreq分址方式©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/29CDMA©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/303、调制与解调–模拟调制(AM,FM,PM,Pulse)–数字调制(ASK,FSK,PSK,QAM,OFDM)AM,PulseFMPMV=A(t)cos[θ(t)]V=A(t)cos[2πf(t)+ϕ(t)]©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/31调幅AMUMod(t)=UC(t).cos(wC(t).t+FC(t))AM时域频域特点：实现简单，抗噪声能力弱。应用：广播©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/32调频FM与调相PhMUMod(t)=UC(t).cos(wC(t).t+FC(t))FMFM时域频域ft特点：恒定幅度，抗噪声能力强。应用：广播，对讲机，无线麦克风©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/33数字调制/IQ调制解调器1.IQ信号对上下边带同时产生影响2.射频带宽是基带信号带宽的两倍3.因为直流输入会导致载波泄漏,所以不允许直流偏置存在4.IQ两路信号等幅5.IQ两路信号无相位,偏移和时间延迟6.IQ解调器过程可逆SLOLOI-ChannelQ-ChannelRFRFRFIn90°0°I-SignalQ-SignalRFOut©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/34UMOD(t)=ÛC(t)cos[ωCt+ΦC(t)]AM数字调制ASK幅移键控011100特点：实现简单，占用带宽大。应用：汽车遥控器©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/35UMOD(t)=ÛC(t)cos[ωCt+ΦC(t)]FM数字调制FSK频移键控1110000特点：抗噪声能力强应用：无绳电话,寻呼机©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/36MSK最小频移键控111000fCData1=+DfData0=-Df©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/37QI+90°-90°DwC==DF*fBitDFTBit2pDfC=*fBit2p4DfC=*fBit14m===0.5DfCfm¼*fBit½*fBit相移+90°逻辑“1”相移-90°逻辑“0”MSK最小频移键控©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/38MSK的频谱©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/39GMSK的频谱在MSK调制后采用高斯滤波器,存在符号间干扰,占用频带变窄，主要应用于GSM。©Rohde&Schwarz中国培训中心–RF基础与测量©2005/付国映、安毅/40PSK相移键控0000111数字调制ΦMUMOD(t)=ÛC(t)cos[ωCt+ΦC(t)]©Rohde&Schwarz