射頻要解決的核心問(wèn)題

基帶信號(hào)無(wú)法離開(kāi)導(dǎo)線，也難以跨越空間。射頻系統(tǒng)的職責(zé)，是把原始信息嵌入到頻率足夠高的載波里(通常從數(shù)百千赫到數(shù)百吉赫)，以便電磁波能脫離導(dǎo)線束縛，完成遠(yuǎn)距離能量與信息的交換。為達(dá)成這一目標(biāo)，必須在硬件層面完成六類功能：

載波產(chǎn)生與信息嵌入

? 功能單元：壓控振蕩器(VCO)、鎖相環(huán)(PLL)、正交調(diào)制器(I/Q Modulator)等。

? 設(shè)計(jì)目標(biāo)：輸出頻點(diǎn)可編程、相位噪聲低、調(diào)制誤差小，保證信息能被“干凈”地搬到指定頻段。

能量提升

? 功能單元：低噪聲放大器(LNA)、功率放大器(PA)。

? 設(shè)計(jì)目標(biāo)：在接收鏈路中把微伏級(jí)信號(hào)放大到可檢測(cè)電平而不引入明顯噪聲;在發(fā)射鏈路中把毫瓦級(jí)信號(hào)推到瓦級(jí)，以克服路徑損耗。

頻域篩選

? 功能單元：各類濾波器(LC、SAW、BAW、微帶)、雙工器、開(kāi)關(guān)濾波器組。

? 設(shè)計(jì)目標(biāo)：只讓目標(biāo)信道通過(guò)，抑制鄰道、鏡像、諧波及其他無(wú)用分量，降低系統(tǒng)干擾預(yù)算。

能量搬運(yùn)與接口匹配

? 功能單元：微帶線、帶狀線、同軸線、巴倫、匹配網(wǎng)絡(luò)。

? 設(shè)計(jì)目標(biāo)：把放大后的能量高效、低反射地送到天線端口;同時(shí)把天線接收到的能量無(wú)損地送到接收前端。

頻率搬移

? 功能單元：混頻器、本振鏈路。

? 設(shè)計(jì)目標(biāo)：將射頻頻譜搬至中頻或直接零中頻，以便后續(xù)數(shù)字化處理;或反向?qū)⒒鶐盘?hào)搬回射頻以便發(fā)射。

電磁波與導(dǎo)行波的互換

? 功能單元：天線及其饋電結(jié)構(gòu)。

? 設(shè)計(jì)目標(biāo)：把導(dǎo)行波轉(zhuǎn)換為空間波，或把空間波轉(zhuǎn)換為導(dǎo)行波，兼顧方向圖、效率、帶寬與尺寸。

射頻系統(tǒng)的本質(zhì)特征

概括來(lái)說(shuō)，射頻系統(tǒng)是在波長(zhǎng)與電路尺寸可比擬的條件下，通過(guò)操控電磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)信息的高效、低損、低擾動(dòng)搬運(yùn)。每一次搬運(yùn)都伴隨能量、頻譜與時(shí)間的重新分配。

對(duì)信號(hào)完整性的主要破壞因素

線性失真

? 幅度平坦度不足：不同頻率增益差異導(dǎo)致波形包絡(luò)失真。

? 群時(shí)延波動(dòng)：相位斜率不一致，寬帶數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生碼間干擾。

非線性失真

? 諧波與雜散：放大器、混頻器產(chǎn)生整數(shù)倍或分?jǐn)?shù)倍頻分量。

? 互調(diào)產(chǎn)物：多載波場(chǎng)景下出現(xiàn)新的頻率分量，落入接收帶內(nèi)。

? 增益壓縮與相位偏移：大信號(hào)時(shí)放大器增益下降，調(diào)制矢量偏離理想位置。

? 頻譜再生：鄰近信道功率比(ACPR)惡化，干擾鄰道用戶。

噪聲

? 熱噪聲：由電阻、晶體管溝道產(chǎn)生，決定接收靈敏度極限。

? 閃爍噪聲：低頻段1/f特性，惡化近載波相位噪聲。

? 相位噪聲：振蕩器隨機(jī)抖動(dòng)，降低調(diào)制精度及鄰道選擇性。

干擾與耦合

? 外部電磁干擾：來(lái)自同頻或鄰頻發(fā)射機(jī)、開(kāi)關(guān)電源等。

? 內(nèi)部串?dāng)_：布局布線不合理引起的容性、感性或輻射耦合。

射頻設(shè)計(jì)的核心矛盾

高頻條件下，寄生參數(shù)、材料非理想性、版圖耦合、器件非線性都會(huì)顯著改變電路行為。射頻工程師的任務(wù)是在理論模型、仿真工具與實(shí)測(cè)結(jié)果之間反復(fù)迭代，找到一個(gè)兼顧效率、線性度、噪聲、成本與尺寸的折中解。最終目標(biāo)是：在復(fù)雜電磁環(huán)境中，讓發(fā)射端發(fā)出的比特流，經(jīng)過(guò)空間信道與一系列非理想硬件后，仍能被接收端以足夠低的誤碼率還原。