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射频科普:解密无线通信的电磁波基石

发布时间: 2026-08-28 11:34:21 浏览数:
一、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。例如电流波形在1秒内有四个周期,则其频率为4Hz。


国际上把频率范围在3 kHz ~ 300 GHz的频谱称为射频。

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。电磁波中包含两个偏振分量Ex和Ey,这些正交分量在偏振多路复用(PDM)中用作两个不同的信道来发送独立信号。


电磁波的神奇之处
它的传播不需要通过介质。只要电场和磁场两者能够交替,就可以大踏步向前,以光的速度传播。


电磁波的传播是一种发散的,随着距离的增大,电磁波不断扩散,其强度也会逐渐衰弱。
 
频率分界:100kHz电磁波频率低于100kHz时,电磁波会被地表吸收,不能形成有效的传输;电磁波频率高于100kHz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。

射频定义
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。

二、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。从甚高频VHF到超高频UHF,再到微波和毫米波:

三、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
天线:用于发送和接收射频信号
滤波器:允许特定频率范围的信号通过并衰减其他频率信号
接收机:接受射频信号的设备
放大器:用于增加射频信号的功率
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

四、发射机工作原理
发射机是什么?
发射机是按指定频率辐射信号的装置,广泛应用于广播、通信、雷达、电子对抗等军民设备,按调制方式分为调幅、调频、调相和脉冲调制四类。

信号处理流程:
模拟信号先经数字化、语音编码压缩码率
通过信道编码添加纠错比特与同步序列,保障接收端同步与信号还原
依据符号时钟完成符号映射,经由I/Q双通道滤波优化频谱效率、抑制频谱冗余
信号经I/Q调制后,通过上变频由中频转换为射频,并经带通滤波滤除杂散分量
信号经功率放大、频率合成后由天线以电磁波辐射输出

设计要点:
现代芯片可直接实现射频I/Q调制,简化电路、降低失真与成本。整机设计需兼顾调制方式、功放、频率合成、天线布局,以及设备稳定性、抗干扰性、功耗和体积。

五、接收机工作原理
接收机是什么?
接收机用于接收空间电磁波并转换为可用电信号,核心是对射频信号进行放大、滤波和解调,还原原始信号。其功能为发射机的逆过程,设计复杂度更高。

接收解调流程:
通过天线拾取电磁信号,先将射频信号下变频为中频信号
再通过解调恢复原始数据
完整流程包括载波恢复、时钟同步、1/Q解调、符号检测、解交织、解压缩,必要时进行数模转换

核心难点
接收机必须精准恢复载波与符号时钟的频率、相位,同步偏差将直接导致解调失效。
信道噪声、干扰与多径衰落易造成信号失真,增大解调难度。时钟与载波恢复算法是其设计核心难点,发射机的训练序列可有效辅助同步。

接收机分类
分为模拟型与数字型,核心器件包含滤波器、放大器、混频器、解调器。

六、射频应用领域

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