一、什么是射頻電路
射頻簡(jiǎn)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(jiǎn)稱。每秒變化小于1000次的交流電稱為低頻電流，大于1000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(zhǎng)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(lái)處理，這類電路都可以認(rèn)為是射頻電路，對(duì)其頻率沒(méi)有嚴(yán)格要求，如長(zhǎng)距離傳輸?shù)慕涣鬏旊娋€（50或60Hz）有時(shí)也要用RF的相關(guān)理論來(lái)處理。
典型射頻電路方框圖
這是一個(gè)無(wú)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(wú)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(guò)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。
二、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(lái)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(guò)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(wú)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。
三、射頻電路的原理及發(fā)展
射頻電路最主要的應(yīng)用領(lǐng)域就是無(wú)線通信，圖1為一個(gè)典型的無(wú)線通信系統(tǒng)的框圖，下面以這個(gè)系統(tǒng)為例分析射頻電路在整個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)中的作用。
這是一個(gè)無(wú)線通信收發(fā)機(jī)（tranceiver）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(wú)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(guò)A/D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。
模擬信號(hào)電路分為兩部分：發(fā)射部分和接收部分。發(fā)射部分的主要作用是：數(shù)- 模轉(zhuǎn)換輸出的低頻模擬信號(hào)與本地振蕩器提供的高頻載波經(jīng)過(guò)混頻器上變頻成射頻調(diào)制信號(hào)，射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)天線輻射到空間中去。接收部分的主要作用是：空間輻射 信號(hào)經(jīng)過(guò)天線耦合到接收電路中去，接收到的微弱信號(hào)經(jīng)過(guò)低噪聲放大器被放大后與本地振蕩信號(hào)經(jīng)過(guò)混頻器下變頻為包含中頻信號(hào)分量的信號(hào)。濾波器的作用就是 將有用的中頻信號(hào)濾出來(lái)后輸入模-數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后進(jìn)入數(shù)字處理部分處理。
圖1以TriQuint公司的TGA4506-SM為例，給出了這個(gè)放大器的電路板圖，注意到輸入信號(hào)是通過(guò)一個(gè)經(jīng)過(guò)匹配濾波網(wǎng)絡(luò)輸入放大模塊。放大模塊一般采用晶體管的共射極結(jié)構(gòu)，其輸入阻抗必須與位于低噪聲放大器前面的濾波器的輸出阻抗相匹配，從而保證最佳傳輸功率和最小反射系數(shù)，對(duì)于射頻電路設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，這種匹配是必須的。此外，低噪聲放大器的輸出阻抗必須與其后端的混頻器輸入阻抗相匹配，同樣能保證放大器輸出的信號(hào)能完全、無(wú)反射的輸入到混頻器中去。這些匹配網(wǎng)絡(luò)是由微帶線組成，在有些時(shí)候也可能由獨(dú)立的無(wú)源器件組成，但是它們?cè)诟哳l情況下的電特性與在低頻的情況下完全不同。圖上還可以看出微帶線實(shí)際上是一定長(zhǎng)度和寬度的敷銅帶，與微帶線連接的是片狀電阻、電容和電感。
圖1 TGA4506-SM電路版圖
圖2 用于個(gè)人通信終端的低噪聲放大器電路板圖
在電子學(xué)理論中，電流流過(guò)導(dǎo)體，導(dǎo)體周圍會(huì)形成磁場(chǎng)；交變電流通過(guò)導(dǎo)體，導(dǎo)體周圍會(huì)形成交變的電磁場(chǎng)，稱為電磁波。
在電磁波頻率低于100khz時(shí)，電磁波會(huì)被地表吸收，不能形成有效的傳輸，但電磁波頻率高于100khz時(shí)，電磁波可以在空氣中傳播，并經(jīng)大氣層外緣的電離層反射，形成遠(yuǎn)距離傳輸能力，我們把具有遠(yuǎn)距離傳輸能力的高頻電磁波稱為射頻，英文縮寫：RF。
高頻電路基本上是由無(wú)源元件、有源器件和無(wú)源網(wǎng)絡(luò)組成的。高頻電路中使用的元器件與低頻電路中使用的元器件頻率特性是不同的。高頻電路中無(wú)源線性元件主要是電阻（器）、電容（器）和電感（器）。
在電子技術(shù)領(lǐng)域，射頻電路的特性不同于普通的低頻電路。主要原因是在高頻條件下，電路的特性與低頻條件下不同，因此需要利用射頻電路理論去理解射頻電路的 工作原理。在高頻條件下，雜散電容和雜散電感對(duì)電路的影響很大。雜散電感存在于導(dǎo)線連接以及組件本身存在的內(nèi)部自感。雜散電容存在于電路的導(dǎo)體之間以及組件和地之間。在低頻電路中，這些雜散參數(shù)對(duì)電路的性能影響很小，隨著頻率的增加，雜散參數(shù)的影響越來(lái)越大。在早期的VHF頻段電視接收機(jī)中的高頻頭，以及通信接收機(jī)的前端電路中，雜散電容的影響都非常大以至于不再需要另外添加電容。
此外，在射頻條件下電路存在趨膚效應(yīng)。與直流不同的是，在直流條件下電流在整個(gè)導(dǎo)體中流動(dòng)，而在高頻條件下電流在導(dǎo)體表面流動(dòng)。其結(jié)果是，高頻的交流電阻要大于直流電阻。
在高頻電路中的另一個(gè)問(wèn)題是電磁輻射效應(yīng)。隨著頻率的增加，當(dāng)波長(zhǎng)可與電路尺寸12比擬時(shí)，電路會(huì)變?yōu)橐粋€(gè)輻射體。這時(shí)，在電路之間、電路和外部環(huán)境之間會(huì)產(chǎn)生各種耦合效應(yīng)，因而引出許多干擾問(wèn)題。這些問(wèn)題在低頻條件下往往是無(wú)關(guān)緊要的。
隨著通信技術(shù)的發(fā)展，通信設(shè)備所用頻率日益提高，射頻（RF）和微波（MW）電路在通信系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，高頻電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了工業(yè)界的特別關(guān)注，新型半導(dǎo)體器件更使得高速數(shù)字系統(tǒng)和高頻模擬系統(tǒng)不斷擴(kuò)張。微波射頻識(shí)別系統(tǒng)（RFID）的載波頻率在915MHz和2450MHz頻率范圍內(nèi)；全球定位系統(tǒng) （GPS）載波頻率在1227.60MHz和1575.42MHz的頻率范圍內(nèi)；個(gè)人通信系統(tǒng)中的射頻電路工作在1.9GHz，并且可以集成于體積日益變 小的個(gè)人通信終端上；在C波段衛(wèi)星廣播通信系統(tǒng)中包括4GHz的上行通信鏈路和6GHz的下行通信鏈路。通常這些電路的工作頻率都在1GHz以上，并且隨 著通信技術(shù)的發(fā)展，這種趨勢(shì)會(huì)繼續(xù)下去。但是，處理這種頻率很高的電路，不僅需要特別的設(shè)備和裝置，而且需要直流和低頻電路中沒(méi)有用到的理論知識(shí)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。
四、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(lái)，簡(jiǎn)單地說(shuō)，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(méi)有過(guò)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)。
五、射頻電路的應(yīng)用
RF（Radio Frequency）技術(shù)被廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域，如：電視、廣播、移動(dòng)電話、雷達(dá)、自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)等。專用詞RFID（射頻識(shí)別）即指應(yīng)用射頻識(shí)別信號(hào)對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行識(shí)別。RFID的應(yīng)用包括：
●ETC（電子收費(fèi)）
● 鐵路機(jī)車車輛識(shí)別與跟蹤
● 集裝箱識(shí)別
● 貴重物品的識(shí)別、認(rèn)證及跟蹤
● 商業(yè)零售、醫(yī)療保健、后勤服務(wù)等的目標(biāo)物管理
● 出入門禁管理
● 動(dòng)物識(shí)別、跟蹤
● 車輛自動(dòng)鎖死（防盜）
射頻頻段頻段的主要應(yīng)用領(lǐng)域有：
衛(wèi)星通信與衛(wèi)星電視廣播
雙邊帶廣播系統(tǒng)（DBS-Direct Broadcast System）
C波段 ：4/6GHz，下行4 GHz，上行6 GHz
Ku波段：12/15GHz，下行12GHz，上行15GHz
衛(wèi)星間通信：36GHz
微波中繼通信
干線微波：2.1GHz，8GHz，11GHz
支線微波：6GHz，8GHz，11GHz，36GH
農(nóng)村多址（一點(diǎn)多址）：1.5GHz，2.4GHz，2.6GHz
雷達(dá)、氣象、測(cè)距、定位
雷達(dá)遠(yuǎn)程警戒：P，L，S，C
精確制導(dǎo)：X，Ka
氣象：1.7 GHz，0.1375GHz
汽車防撞、自動(dòng)記費(fèi)：36 GHz，60GHz
防盜：9.4 GHz
全球定位：1227.60MHz和1575.42MHz
射電天文：36GHz， 94GHz， 125GHz；
計(jì)算機(jī)無(wú)線網(wǎng)：2.5 GHz， 5.8 GHz， 36GHz。
六、射頻電路設(shè)計(jì)的常見(jiàn)問(wèn)題
1、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（射頻）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（>3 V）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(wú)線調(diào)諧回路傳到無(wú)線設(shè)備接收部分的信號(hào)一般小于lμV。因此數(shù)字信號(hào)與射頻信號(hào)之間的差別會(huì)達(dá)到120dB。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(lái)，無(wú)線設(shè)備工作性能就會(huì)惡化，甚至完全不能工作。
2、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)間突然吸人大部分電流，這是由于現(xiàn)代微控制器都采用 CMOS工藝制造。因此。假設(shè)一個(gè)微控制器以lMHz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。
3、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(méi)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。粗略地計(jì)算，每毫米長(zhǎng)度的電感量約為l nH，433 MHz時(shí)10toni PCB線路的感抗約27Ω。如果不采用地線層，大多數(shù)地線將會(huì)較長(zhǎng)，電路將無(wú)法具有設(shè)計(jì)的特性。
4、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（ADC）或數(shù)／模轉(zhuǎn)換器（DAC）。射頻發(fā)送器的天線發(fā)出的高頻信號(hào)可能會(huì)到達(dá)ADC的模擬淙攵?。因挝何稻湉U唄范伎贍莧縑煜咭謊⒊齷蚪郵誖F信號(hào)。如果ADC輸入端的處理不合理，RF信號(hào)可能在ADC輸入的ESD二極管內(nèi)自激。從而引起ADC偏差。
