什么是射頻電路

射頻簡稱RF，射頻就是射頻電流，它是一種高頻交流變化電磁波的簡稱。每秒變化小于一千次的交流電稱為低頻電流，大于一千次的稱為高頻電流，而射頻就是這樣一種高頻電流。

射頻電路指處理信號(hào)的電磁波長與電路或器件尺寸處于同一數(shù)量級(jí)的電路。此時(shí)由于器件尺寸和導(dǎo)線尺寸的關(guān)系，電路需要用分布參數(shù)的相關(guān)理論來處理，這類電路都可以認(rèn)為是射頻電路，對(duì)其頻率沒有嚴(yán)格要求，如長距離傳輸?shù)慕涣鬏旊娋€，有時(shí)也要用RF的相關(guān)理論來處理。

典型射頻電路方框圖

這是一個(gè)無線通信收發(fā)機(jī)的系統(tǒng)模型，它包含了發(fā)射機(jī)電路、接收機(jī)電路以及通信天線。這個(gè)收發(fā)機(jī)可以應(yīng)用于個(gè)人通信和無線局域網(wǎng)絡(luò)中。在這個(gè)系統(tǒng)中，數(shù)字處理部分主要是對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，包括采樣、壓縮、編碼等；然后通過AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器變成模擬形式進(jìn)入模擬信號(hào)電路單元。

射頻電路如何布局

1.盡可能地把高功率RF放大器和低噪音放大器隔離開來，簡單地說，就是讓高功率RF發(fā)射電路遠(yuǎn)離低功率RF接收電路

2.確保PCB板上高功率區(qū)至少有一整塊地，最好上面沒有過孔，當(dāng)然，銅箔面積越大越好。

3.電路和電源去耦同樣也極為重要。

4.RF輸出通常需要遠(yuǎn)離RF輸入

5.敏感的模擬信號(hào)應(yīng)該盡可能遠(yuǎn)離高速數(shù)字信號(hào)和RF信號(hào)。

射頻電路原理

射頻電路原理分三個(gè)部分，首先是接收電路的結(jié)構(gòu)和工作原理，然后發(fā)射電路的結(jié)構(gòu)和工作原理，最后本振電路的結(jié)構(gòu)和工作原理。

接收時(shí)，天線把基站發(fā)送來電磁波轉(zhuǎn)為微弱交流電流信號(hào)經(jīng)濾波，高頻放大后，送入中頻內(nèi)進(jìn)行解調(diào)，得到接收基帶信息。送到邏輯音頻電路進(jìn)一步處理。

電路結(jié)構(gòu)：接收電路由天線、天線開關(guān)、濾波器、高放管、中頻集成塊等電路組成。早期手機(jī)有一級(jí)、二級(jí)混頻電路，其目的把接收頻率降低后再解調(diào)。

發(fā)射時(shí)，把邏輯電路處理過的發(fā)射基帶信息調(diào)制成的發(fā)射中頻，把發(fā)射中頻信號(hào)頻率上變?yōu)镚SM的頻率信號(hào)。經(jīng)功放放大后由天線轉(zhuǎn)為電磁波輻射出去。

電路結(jié)構(gòu)：發(fā)射電路由中頻內(nèi)部的發(fā)射調(diào)制器、發(fā)射鑒相器；發(fā)射壓控振蕩器、功率放大器、功率控制器、發(fā)射互感器等電路組成。

而本振電路產(chǎn)生四段不帶任何信息的本振頻率信號(hào)；送入中頻內(nèi)部，接收時(shí)，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解調(diào)；發(fā)射時(shí)，對(duì)發(fā)射基帶信息進(jìn)行調(diào)制和發(fā)射鑒相。

手機(jī)本振電路有四種電路結(jié)構(gòu)：A，由頻率合成集成塊、接收壓控振蕩器、基準(zhǔn)時(shí)鐘、預(yù)設(shè)頻率參考數(shù)據(jù)組成。

B，把頻率合成集成塊集成在中頻內(nèi)部，結(jié)合外接、接收壓控振蕩器組成。

C，把頻率合成集成塊、接收壓控振蕩器集成一體，稱本振集成塊或本振舐IC。

D，把頻率合成集成塊、接收壓控振蕩器集成在中頻內(nèi)部。

值得注意的是：無論采用何種結(jié)構(gòu)模式，只是產(chǎn)生的頻率不同；其工作原理，產(chǎn)生的頻率信號(hào)的走向和作用都一樣的。

射頻電路應(yīng)用

射頻電路應(yīng)用領(lǐng)域有ETC、鐵路機(jī)車車輛識(shí)別跟蹤、集裝箱識(shí)別、出入門禁管理、動(dòng)物識(shí)別、跟蹤、車輛自動(dòng)鎖死等等，還有很多，就沒有一一列舉了。

射頻電路設(shè)計(jì)

四大方面教你如何設(shè)計(jì)射頻電路：射頻電路仿真之射頻的界面、射頻電路仿真之大的干擾信號(hào)、射頻電路仿真之小的期望信號(hào)、射頻電路仿真之相鄰頻道的干擾。

無線發(fā)射器和接收器在概念上，可分為基頻與射頻兩個(gè)部份。基頻包含發(fā)射器的輸入信號(hào)之頻率范圍，也包含接收器的輸出信號(hào)之頻率范圍。基頻的頻寬決定了數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中可流動(dòng)的基本速率。基頻是用來改善數(shù)據(jù)流的可靠度，并在特定的數(shù)據(jù)傳輸率之下，減少發(fā)射器施加在傳輸媒介的負(fù)荷。因此，PCB設(shè)計(jì)基頻電路時(shí)，需要大量的信號(hào)處理工程知識(shí)。發(fā)射器的射頻電路能將已處理過的基頻信號(hào)轉(zhuǎn)換、升頻至指定的頻道中，并將此信號(hào)注入至傳輸媒體中。相反的，接收器的射頻電路能自傳輸媒體中取得信號(hào)，并轉(zhuǎn)換、降頻成基頻。

發(fā)射器有兩個(gè)主要PCB設(shè)計(jì)目標(biāo)：第一是它們必須盡可能在消耗最少功率的情況下，發(fā)射特定的功率。第二是它們不能干擾相鄰頻道內(nèi)的收發(fā)機(jī)之正常運(yùn)作。就接收器而言，有三個(gè)主要的PCB設(shè)計(jì)目標(biāo)：首先，它們必須準(zhǔn)確地還原小信號(hào)；第二，它們必須能去除期望頻道以外的干擾信號(hào)；最后一點(diǎn)與發(fā)射器一樣，它們消耗的功率必須很小。

接收器必須對(duì)小的信號(hào)很靈敏，即使有大的干擾信號(hào)存在時(shí)。這種情況出現(xiàn)在嘗試接收一個(gè)微弱或遠(yuǎn)距的發(fā)射信號(hào)，而其附近有強(qiáng)大的發(fā)射器在相鄰頻道中廣播。干擾信號(hào)可能比期待信號(hào)大六十到七十分貝且可以在接收器的輸入階段以大量覆蓋的方式，或使接收器在輸入階段產(chǎn)生過多的噪聲量，來阻斷正常信號(hào)的接收。如果接收器在輸入階段，被干擾源驅(qū)使進(jìn)入非線性的區(qū)域，上述的那兩個(gè)問題就會(huì)發(fā)生。為避免這些問題，接收器的前端必須是非常線性的。因此，“線性”也是PCB設(shè)計(jì)接收器時(shí)的一個(gè)重要考慮因素。由于接收器是窄頻電路，所以非線性是以測量“交調(diào)失真”來統(tǒng)計(jì)的。這牽涉到利用兩個(gè)頻率相近，并位于中心頻帶內(nèi)的正弦波或、余弦波來驅(qū)動(dòng)輸入信號(hào)，然后再測量其交互調(diào)變的乘積。

失真也在發(fā)射器中扮演著重要的角色。發(fā)射器在輸出電路所產(chǎn)生的非線性，可能使傳送信號(hào)的頻寬散布于相鄰的頻道中。這種現(xiàn)象稱為“頻譜的再成長”。在信號(hào)到達(dá)發(fā)射器的功率放大器之前，其頻寬被限制著；但在功率放大器內(nèi)的“交調(diào)失真”會(huì)導(dǎo)致頻寬再次增加。如果頻寬增加的太多， 發(fā)射器將無法符合其相鄰頻道的功率要求。當(dāng)傳送數(shù)字調(diào)變信號(hào)時(shí)，實(shí)際上，是無法用spice來預(yù)測頻譜的再成長。因?yàn)榇蠹s有1000個(gè)數(shù)字符號(hào)的傳送作業(yè)必須被仿真，以求得代表性的頻譜，并且還需要結(jié)合高頻率的載波，這些將使spice的瞬態(tài)分析變得不切實(shí)際。

接收器必須很靈敏地偵測到小的輸入信號(hào)。接收器的靈敏度被它的輸入電路所產(chǎn)生的噪聲所限制。因此，噪聲是PCB設(shè)計(jì)接收器時(shí)的一個(gè)重要考慮因素。而且，具備以仿真工具來預(yù)測噪聲的能力是不可或缺的。

射頻電路設(shè)計(jì)的常見問題

數(shù)字電路模塊和模擬電路模塊之間的干擾

如果模擬電路和數(shù)字電路單獨(dú)工作，可能各自工作良好。但是，一旦將二者放在同一塊電路板上，使用同一個(gè)電源一起工作，整個(gè)系統(tǒng)很可能就不穩(wěn)定。這主要是因?yàn)閿?shù)字信號(hào)頻繁地在地和正電源之間擺動(dòng)，而且周期特別短，常常是納秒級(jí)的。由于較大的振幅和較短的切換時(shí)間。使得這些數(shù)字信號(hào)包含大量且獨(dú)立于切換頻率的高頻成分。在模擬部分，從無線調(diào)諧回路傳到無線設(shè)備接收部分的信號(hào)一般小于1。因此數(shù)字信號(hào)與射頻信號(hào)之間的差別會(huì)達(dá)到一百二十分貝。顯然，如果不能使數(shù)字信號(hào)與射頻信號(hào)很好地分離。微弱的射頻信號(hào)可能遭到破壞，這樣一來，無線設(shè)備工作性能就會(huì)惡化，甚至完全不能工作。

供電電源的噪聲干擾

射頻電路對(duì)于電源噪聲相當(dāng)敏感，尤其是對(duì)毛刺電壓和其他高頻諧波。微控制器會(huì)在每個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期內(nèi)短時(shí)間突然吸入大部分電流，這是由于現(xiàn)代微控制器都采用C mos工藝制造。因此。假設(shè)一個(gè)微控制器以一兆赫茲的內(nèi)部時(shí)鐘頻率運(yùn)行，它將以此頻率從電源提取電流。如果不采取合適的電源去耦。必將引起電源線上的電壓毛刺。如果這些電壓毛刺到達(dá)電路RF部分的電源引腳，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致工作失效。

不合理的地線

如果RF電路的地線處理不當(dāng)，可能產(chǎn)生一些奇怪的現(xiàn)象。對(duì)于數(shù)字電路設(shè)計(jì)，即使沒有地線層，大多數(shù)數(shù)字電路功能也表現(xiàn)良好。而在RF頻段，即使一根很短的地線也會(huì)如電感器一樣作用。如果不采用地線層，大多數(shù)地線將會(huì)較長，電路將無法具有設(shè)計(jì)的特性。

天線對(duì)其他模擬電路部分的輻射干擾

在PCB電路設(shè)計(jì)中，板上通常還有其他模擬電路。例如，許多電路上都有模數(shù)轉(zhuǎn)換或數(shù)模轉(zhuǎn)換器。如果模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入端處理不合理，RF信號(hào)可能在轉(zhuǎn)換器輸入的靜電保護(hù)二極管內(nèi)自激。從而引起轉(zhuǎn)換器偏差。