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射頻前端都包含哪些器件?

QuTG_CloudBrain ? 來源:云腦智庫(kù) ? 2023-11-07 09:23 ? 次閱讀
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無線通信系統(tǒng)中,一般包含有天線、射頻前端、射頻收發(fā)模塊以及基帶信號(hào)處理器四個(gè)部分。

隨著5G時(shí)代的,天線以及射頻前端的需求量及價(jià)值均快速上升,射頻前端是將數(shù)字信號(hào)向無線射頻信號(hào)轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)部件,也是無線通信系統(tǒng)的核心組件。

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按照功能,可將射頻前端分為發(fā)射端Tx以及接收端Rx。

按照器件不同,射頻前端可分為功率放大器PA(發(fā)射端射頻信號(hào)放大)、濾波器filter(發(fā)射、接受端信號(hào)濾波)、低噪聲放大器LNA(接收端信號(hào)放大,降低噪聲)、開關(guān)switch(不同通道切換)、雙工器duplexer(信號(hào)選擇,實(shí)現(xiàn)濾波匹配)、調(diào)諧器tuner(天線信號(hào)通道阻抗匹配)等。

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● 濾波器Filter:選通特定頻率,過濾干擾信號(hào)

濾波器(Filter),是射頻前端中最重要的分立器件,使信號(hào)中特定頻率成分通過而極大衰減其他頻率成分,從而提高信號(hào)的抗干擾性及信噪比。

目前在手機(jī)射頻市場(chǎng)中主要采用聲學(xué)濾波技術(shù)。

根據(jù)制造工藝的不同,市面上的聲學(xué)濾波器可分為聲表面波濾波器(Surface Acoustic Wave,SAW)和體聲波濾波器(Bulk Acoustic Wave,BAW)兩大類。

其中SAW濾波器制作工藝簡(jiǎn)單,性價(jià)比高,主要應(yīng)用于GHz以下的低頻濾波,而BAW濾波器插損低,性能優(yōu)秀,可以適用于高頻濾波,但工藝復(fù)雜,價(jià)格較高。

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● 濾波器:SAW/BAW對(duì)比

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● 濾波器Filter:5G時(shí)代,BAW將成為主流

由于工藝復(fù)雜度、技術(shù)以及成本的限制,目前通信標(biāo)準(zhǔn)下更多射頻前端采用SAW濾波器。

但隨著5G滲透率的提升,BAW濾波器優(yōu)異的性能和對(duì)高頻的支持將使其成為手機(jī)射頻前端的主流器件。

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● 雙工器/多工器:發(fā)射/接收信號(hào)的隔離

雙工器(Diplexer),又稱天線共用器,由兩組不同頻率的帶阻濾波器組成。

利用高通、低通或帶通濾波器的分頻功能,使得同一天線或傳輸線可對(duì)兩條信號(hào)路徑進(jìn)行使用,從而實(shí)現(xiàn)同一天線對(duì)兩種多種不同頻率信號(hào)的接收和發(fā)送。

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● 功率放大器PA:放大射頻信號(hào)進(jìn)行發(fā)射

功率放大器(PA,Power Amplifier)是射頻前端的核心部件,利用三極管的電流控制作用或場(chǎng)效應(yīng)管的電壓控制作用將電源的功率轉(zhuǎn)換為按照輸入信號(hào)變化的電流。

PA主要用于發(fā)射鏈路,通過把發(fā)射通道的微弱射頻信號(hào)放大,使信號(hào)成功獲得足夠高的功率,從而實(shí)現(xiàn)更高通信質(zhì)量、更強(qiáng)電池續(xù)航能力、更遠(yuǎn)通信距離。

PA的性能可以直接決定通信信號(hào)的穩(wěn)定性和強(qiáng)弱。

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隨著半導(dǎo)體材料的不斷發(fā)展,功率放大器也經(jīng)歷了CMOS、GaAs、GaN三大技術(shù)路線。

第一代半導(dǎo)體材料是CMOS,技術(shù)成熟且產(chǎn)能穩(wěn)定。第二代半導(dǎo)體材料主要使用GaAs或SiGe,有較高的擊穿電壓,可用于高功率、高頻器件應(yīng)用。

第三代半導(dǎo)體材料GaN在性能上顯著強(qiáng)亍GaAs,但成本較高。

目前移動(dòng)端民用市場(chǎng)主要采用GaAs 作為功放,而GaN在部分基站端應(yīng)用率先實(shí)現(xiàn)替代。未來GaN將成為高射頻、大功耗應(yīng)用的主要方案。

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● 低噪聲放大器LNA:放大接收信號(hào),減少噪聲引入

低噪聲放大器(LNA,Low Noise Amplifier)是噪聲系數(shù)很小的放大器,功能是把天線接收到的微弱射頻信號(hào)放大,并盡量減少噪聲的引入,LNA能夠能有效提高接收機(jī)的接收靈敏度, 進(jìn)而提高收發(fā)機(jī)的傳輸距離。

因此低噪聲放大器的設(shè)計(jì)是否良好, 關(guān)系到整個(gè)通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量。

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● 射頻開關(guān)Switch:控制電路通斷,實(shí)現(xiàn)信號(hào)切換

射頻開關(guān)(Switch)的通過將多路射頻信號(hào)中的任一路或幾路控制邏輯連通,實(shí)現(xiàn)不同信號(hào)路徑的切換,包括接收與發(fā)射的切換、不同頻段間的切換等,以達(dá)到共用天線、共用通道,節(jié)省終端產(chǎn)品成本的目的。

射頻開關(guān)主要包括移動(dòng)通信傳導(dǎo)開關(guān)、WiFi開關(guān)、天線調(diào)諧開關(guān)等。

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● 調(diào)諧器Tuner:天線的阻抗匹配

天線調(diào)諧器(Tuner)是位于連接發(fā)射系統(tǒng)與天線的一種阻抗匹配網(wǎng)絡(luò),用以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的接收、濾波、放大、增益控制等功能,使得天線在所有應(yīng)用頻率上輻射功率最大。

5G/Sub-6通信標(biāo)準(zhǔn)下,手機(jī)端中4x4下行鏈路MIMO要求每根天線能夠高效地支持更寬的頻率范圍,相應(yīng)對(duì)射頻天線tuner的需求數(shù)量也會(huì)增加,以提高相應(yīng)頻段的輻射效率。

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● 其他射頻前端器件

Envelop Tracker (ET),即包絡(luò)追蹤器,用于提高承載高峰均功率比信號(hào)的功放效率,實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)功率放大輸出。

與平均功率跟蹤技術(shù)相比,包絡(luò)追蹤技術(shù)能夠讓功放的供電電壓隨輸入信號(hào)的包絡(luò)變化,改善射頻功率放大器的能效。RF Reveiver,即射頻接收機(jī)。

射頻接收機(jī)中,射頻信號(hào)經(jīng)天線接收后,通過濾波器、LNA、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC等對(duì)信號(hào)進(jìn)行變頻解調(diào),最后形成進(jìn)入基帶的基帶信號(hào)。

射頻接收機(jī)主要分超外差接收機(jī)、零中頻接收機(jī)和近零中頻接收機(jī)三種。

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● 射頻前端材料及工藝的發(fā)展

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審核編輯:湯梓紅

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原文標(biāo)題:射頻前端都包含哪些器件? 帶大家一起看一下

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