射频要解决的核心问题

射频要解决的核心问题

基带信号无法离开导线，也难以跨越空间。射频系统的职责，是把原始信息嵌入到频率足够高的载波里(通常从数百千赫到数百吉赫)，以便电磁波能脱离导线束缚，完成远距离能量与信息的交换。为达成这一目标，必须在硬件层面完成六类功能：

载波产生与信息嵌入

• 功能单元：压控振荡器(VCO)、锁相环(PLL)、正交调制器(I/Q Modulator)等。

• 设计目标：输出频点可编程、相位噪声低、调制误差小，保证信息能被“干净”地搬到指定频段。

能量提升

• 功能单元：低噪声放大器(LNA)、功率放大器(PA)。

• 设计目标：在接收链路中把微伏级信号放大到可检测电平而不引入明显噪声;在发射链路中把毫瓦级信号推到瓦级，以克服路径损耗。

频域筛选

• 功能单元：各类滤波器(LC、SAW、BAW、微带)、双工器、开关滤波器组。

• 设计目标：只让目标信道通过，抑制邻道、镜像、谐波及其他无用分量，降低系统干扰预算。

能量搬运与接口匹配

• 功能单元：微带线、带状线、同轴线、巴伦、匹配网络。

• 设计目标：把放大后的能量高效、低反射地送到天线端口;同时把天线接收到的能量无损地送到接收前端。

频率搬移

• 功能单元：混频器、本振链路。

• 设计目标：将射频频谱搬至中频或直接零中频，以便后续数字化处理;或反向将基带信号搬回射频以便发射。

电磁波与导行波的互换

• 功能单元：天线及其馈电结构。

• 设计目标：把导行波转换为空间波，或把空间波转换为导行波，兼顾方向图、效率、带宽与尺寸。

射频系统的本质特征

概括来说，射频系统是在波长与电路尺寸可比拟的条件下，通过操控电磁场，实现信息的高效、低损、低扰动搬运。每一次搬运都伴随能量、频谱与时间的重新分配。

对信号完整性的主要破坏因素

线性失真

• 幅度平坦度不足：不同频率增益差异导致波形包络失真。

• 群时延波动：相位斜率不一致，宽带数字信号产生码间干扰。

非线性失真

• 谐波与杂散：放大器、混频器产生整数倍或分数倍频分量。

• 互调产物：多载波场景下出现新的频率分量，落入接收带内。

• 增益压缩与相位偏移：大信号时放大器增益下降，调制矢量偏离理想位置。

• 频谱再生：邻近信道功率比(ACPR)恶化，干扰邻道用户。

噪声

• 热噪声：由电阻、晶体管沟道产生，决定接收灵敏度极限。

• 闪烁噪声：低频段1/f特性，恶化近载波相位噪声。

• 相位噪声：振荡器随机抖动，降低调制精度及邻道选择性。

干扰与耦合

• 外部电磁干扰：来自同频或邻频发射机、开关电源等。

• 内部串扰：布局布线不合理引起的容性、感性或辐射耦合。

射频设计的核心矛盾

高频条件下，寄生参数、材料非理想性、版图耦合、器件非线性都会显著改变电路行为。射频工程师的任务是在理论模型、仿真工具与实测结果之间反复迭代，找到一个兼顾效率、线性度、噪声、成本与尺寸的折中解。最终目标是：在复杂电磁环境中，让发射端发出的比特流，经过空间信道与一系列非理想硬件后，仍能被接收端以足够低的误码率还原。