射频是什么？射频技术的基本原理

射频是什么？射频技术的基本原理

射频技术是现代无线通信的基础，从手机通信到卫星传输，从蓝牙到Wi-Fi，都离不开射频技术的支持。本文将从射频的基本概念出发，深入探讨射频技术的原理及其在无线通信中的应用。

射频是什么？

电（电压或电流）有直流和交流之分。在通信应用中，用作信号传输的一般都是交流电。交流会有频率，即每秒中的会有多少个周期，而频率的单位为赫兹Hz， 它是每秒钟的周期性变动重复次数的计量。例如右圖电流波形，在1秒内有四个周期，则其频率为4 Hz。

任何无线通信系统都会被划分到专属的频段，这个频段就是占据一定频率范围的频谱。广义的来讲，国际上是把频率范围在3 kHz到300 GHz的频谱就称射频。

电磁波

在电子学理论中，电流流过导体，导体周围会形成磁场；交变电流通过导体，导体周围会形成交变的电磁场，称为电磁波。在电磁波频率低于100 kHz时，电磁波会被地表吸收，不能形成有效的传输，但电磁波频率高于100 kHz时，电磁波可以在空气中传播，并经大气层外缘的电离层反射，形成远距离传输能力。我们把具有远距离传输能力的高频电磁波称为射频。射频技术在无线通信领域中被广泛使用。

射频是一种高频电磁波，如同可见光、红外线一样，属于一样频率范围内的电磁波。无线通信电子设备以电磁波的形式通过天线以一定的频率发射到空中，或者从空中接收电磁波，达到传递信息和通信的目的。

从 20 kHz 到 300 GHz 频率构成了无线通信技术的电磁频谱的一部分

上面是我们生活中接触到的电磁波以及对应的波长。

波长越长，频率就会越低，穿透性越强，但指向性就会较弱；

波长越短，频率就会越高，指向性也会更强，但相对穿透能力也就会弱。

射频频谱和频段

射频频谱分为多个频段，每个频段都有各自的特定应用

射频频率从甚高频 VHF(30300MHz)，到超高频 UHF(3003000MHz),微波频率则为3~300GHz。波长为毫米数量级的信号，通常被称为毫米波。

频率频段的分类如下图所示。

射频组件

数字射频通信系统的简化方框图。注意，ADC 和 DAC 可能在不同的方框中出现。

射频系统通常由一系列组件组成，每个组件都旨在执行特定任务：

发射机：产生射频信号的设备

接收机：接受射频信号的设备

天线：用于发送和接收 RF 信号

放大器：用于增加 RF 信号的功率

滤波器：允许特定频率范围内的信号通过并衰减其他频率信号的设备

混频器：用于改变信号的频率

振荡器：以特定频率产生波形的设备

发射机工作原理

发射机是什么?

发射机就是可以将信号按一定频率发射出去的装置，是一个比较笼统的概念，它广泛应用与电视，广播，通信，报警，雷达，遥控，遥测，电子对抗等各种民用、军用设备。发射机按调制方式可可分为调频（FM），调幅(AM)，调相（PM）和脉冲调制四大类。

如果输入是模拟信号（例如语音），第一步是将连续的模拟信号变换为离散的数字比特流，这称为数字化。

第二步进行语音编码以便压缩数据。然后是信道编码，信道编码将额外的比特加到输入比特流中，这些额外的比特用于纠错，有时也作为识别或均衡所需的训练序列（training sequence）。这样能使接收机容易恢复符号时钟。

下面是按照符号时钟进行调制符号映射。符号时钟表示单个符号的频率和确切的时间。在符号时钟跃变时，发射载波所处的I/Q（或幅度/相位值）就表示某个指定的符号（即星座图中某个指定的点）。若发射载波的I/Q或幅度/相位变化，就表示另一个符号。两个时间之间的间隔即为符号时钟周期。

接着进行滤波，以便得到高的频谱效率。如果没有滤波，信号在状态之间转换非常快，将会出现比发送信息所需的频谱宽得多的频谱。为了简便起见，图中只画出一个滤波器，实际上有两个滤波器，它们分别在I通道和Q通道。

于是便可将输出的信号送到调制器。由于存在相互独立的I和Q分量，信息的一半由I发送，另一半由Q发送。

通常调制工作都在中频实现，信号需要通过上变频变到较高的射频。在上变频过程中会产生不需要的信号成分，需要利用带通滤波器将它们滤掉。由于半导体技术的进步，已经有许多集成电路产品可以直接实现在射频进行I/Q调制，可以大大简化电路，降低成本，减小失真。

数字调制通信发射机

发射机的原理是将调制后的信号经过功率放大、频率合成和天线辐射等过程，最终转化为电磁波并传输到接收端。在实际的无线通信系统中，发射机的设计和调试需要综合考虑调制技术、功率放大器的选择和设计、频率合成技术以及天线的设计和布置等方面的因素。除了以上提到的原理，发射机的稳定性、抗干扰能力、功耗和尺寸等也是需要考虑的重要因素。