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贡献者：gsfei2009 浏览：4424次 创建时间：2009-08-25
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射频简称RF射频就是射频电流，它是一种高频交流变化电磁波的简称。每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流，大于10000次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。有线电视系统就是采用射频传输方式的。
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100khz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，把具有远距离传输能力的高频电磁波称为射频，英文缩写：RF
将电信息源（模拟或数字的）用高频电流进行调制（调幅或调频），形成射频信号，经过天线发射到空中；远距离将射频信号接收后进行反调制，还原成电信息源，这一过程称为无线传输。
无线传输发展了近二百年，形成了大量的用户和产品群，但是，由于气候的变化和地表障碍物的影响，不能传输完美的信息。
近代人类发明了廉价的高频传输线缆（射频线），为了追求完美的信息传输质量，兼顾原有的无线设备，无线方式有线传输开始流行。产生了射频传输这一概念。
如果你的信息源经过二次调制，用线缆传输到对端，对端用反调制将信息源还原后再应用，不管频率多低，也是射频传输方式，如果没有调制反调制过程，只是将信息源用线缆传送到对端直接使用，不管频率有多高，都是一般的有线传输方式。
射频-术语知识 射频原理1、功率/电平（dBm）：放大器的输出能力，一般单位为w、mw、dBm
注：dBm是取1mw作基准值，以分贝表示的绝对功率电平。换算公式：
电平（dBm）=10lgw
5W → 10lg5000=37dBm
10W → 10lg10000=40dBm
20W → 10lg20000=43dBm
从上不难看出，功率每增加一倍，电平值增加3dBm
2、增益（dB）：即放大倍数，单位可表示为分贝（dB）。
即：dB=10lgA（A为功率放大倍数）
3、插损：当某一器件或部件接入传输电路后所增加的衰减，单位用dB表示。
4、选择性：衡量工作频带内的增益及带外辐射的抑制能力。-3dB带宽即增益下降3dB时的带宽，-40dB、-60dB同理。
5、驻波比（回波损耗）：行驻波状态时，波腹电压与波节电压之比（VSWR）
附：驻波比——回波损耗对照表：
SWR 1.2 1.25 1.30 1.35 1.40 1.50
回波损耗（dB） 21 19 17.6 16.6 15.6 14.0
6、三阶交调：若存在两个正弦信号ω1和ω2 由于非线性作用将产生许多互调分量，其中的2ω1-ω2和2ω2-ω1两个频率分量称为三阶交调分量，其功率P3和信号ω1或ω2的功率之比称三阶交调系数M3。
即M3 =10lg P3/P1 （dBc）
7、噪声系数：一般定义为输出信噪比与输入信噪比的比值，实际使用中化为分贝来计算。单位用dB。
8、耦合度：耦合端口与输入端口的功率比, 单位用dB。
9、隔离度：本振或信号泄露到其他端口的功率与原有功率之比，单位dB。
10、天线增益（dB）：指天线将发射功率往某一指定方向集中辐射的能力。一般把天线的最大辐射方向上的场强E与理想各向同性天线均匀辐射场场强E0相比，以功率密度增加的倍数定义为增益。Ga=E2/ E02
11、天线方向图：是天线辐射出的电磁波在自由空间存在的范围。方向图宽度一般是指主瓣宽度即从最大值下降一半时两点所张的夹角。
E面方向图指与电场平行的平面内辐射方向图；
H面方向图指与磁场平行的平面内辐射方向图。
一般是方向图越宽，增益越低；方向图越窄，增益越高。
12、天线前后比：指最大正向增益与最大反向增益之比，用分贝表示。
13、单工：亦称单频单工制，即收发使用同一频率，由于接收和发送使用同一个频率，所以收发不能同时进行，称为单工。
14、双工：亦称异频双工制，即收发使用两个不同频率，任何一方在发话的同时都能收到对方的讲话。单工、双工都属于移动通信的工作方式。
15、放大器：（amplifier）用以实现信号放大的电路。
16、滤波器：(filter)通过有用频率信号抑制无用频率信号的部件或设备
17、衰减器：(attenuator) 在相当宽的频段范围内一种相移为零、其衰减和特性阻抗均为与频率无关的常数的、由电阻元件组成的四端网络，其主要用途是调整电路中信号大小、改善阻抗匹配。
功分器：进行功率分配的器件。有二、三、四….功分器；接头类型分N头（50Ω）、SMA头（50Ω）、和F头（75Ω）三种，我们公司常用的是N头和SMA头。
18、耦合器：从主干通道中提取出部分信号的器件。按耦合度大小分为5、10、15、20…. dB不同规格；从基站提取信号可用大功率耦合器（300W），其耦合度可从30~65dB中选用；耦合器的接头多采用N头。
19、负 载：终端在某一电路（如放大器）或电器输出端口，接收电功率的元/器件、部件或装置统称为负载。对负载最基本的要求是阻抗匹配和所能承受的功率。
20、环形器：使信号单方向传输的器件。
21、转接头：把不同类型的传输线连接在一起的装置。
22、馈 线：是传输高频电流的传输线。
23、天 线：(antenna)是将高频电流或波导形式的能量变换成电磁波并向规定方向发射出去或把来自一定方向的电磁波还原为高频电流。
射频-通信体系结构 射频结构一般来说，射频系统具有非常强大的传输调制信号的功能，即使在有干扰信号和阻断信号[z2] 的情况下，该系统也可以做到以最高的质量发送并且以最好的灵敏度接收调制信号。阻断信号主要有两种：带内阻断信号和带外阻断信号。带外阻断信号是指分布在信号频谱之外的无关信号，例如由其它无线传输技术产生的数据信号。带内阻断信号则分布在我们感兴趣的信号频谱之内，例如由相同的无线传输技术在其它终端产生的数据信号。对于无线通信而言，要成功地实现射频接收功能，必须要过滤掉这两种阻断信号。
在整个射频通信中，主要包含以下几种频率：传输频率、接收频率、中频和基带频率。基带频率是用来调制数据的信号频率。而真正的传输频率则比基带频率高很多，一般的频谱范围是500MHz到38GHz，数据信号也是在此高频下进行传输的。
中频多被用来作为传输/接受频率和基带频率的过渡，而这种传输方式正是超外差结构的基础。一般而言，带外阻断信号可以被天线自带的滤波器过滤掉。而中频的存在使我们有机会在信号被混合到基带频率并做数字处理之前将带内阻断信号滤除。另一方面，在发送端，中频常被用来滤除所有从基带转换到中频这个过程中可能产生的伪数据和噪声。
采用超外差结构的另外一种实现方法是利用中频采样来减少信号链上的器件个数。这种方法选择在中频对信号进行采样，而不是在采样前先将信号混合到基带。在第一种超外差结构中，从中频到基带的转换过程需要以下器件：本机锁相环、智能解调器（混频器）和双向ADC（模拟-数字转换器）。如果选择在中频进行采样，那这三个器件可以用一个高性能的ADC来代替。这不仅可以降低信号链的复杂程度，还可以提高信号解调的质量。
但是，如果在下行基带转换器里应用高质量智能解调器，也能得到非常好的通信效果。如果能使本机锁相环和射频器件的漏电足够小，基带的直流失调便可最小化。现在，许多智能解调器都使用了直流失调补偿环路来进一步减小甚至最终消除直流失调。除此之外，解调器的相位分离功能可以做到非常准确的90度的相位分离，这将确保信号解调时，误差向量的值不会变坏或者只是变坏一点。最后，如果我们在使用智能解调器的同时，使用一个具有低相位噪声的锁相环，将会确保基带输出信号的低噪声，并且因此获得一个好的位错误率(BER)。
因为ADC要在越来越高的频率下工作，所以中频采样结构的功耗变得比第一种超外差结构越来越高，并因此而越来越昂贵，这是中频采样结构的最主要的缺点。由于这个原因，基于中频采样的射频结构往往更适合那些在相对低频或者中频的应用，毕竟这些频段对成本的影响不大。不过随着科技的发展，尤其是CMOS工艺的引进，使得集成高性能的器件和电路的价格越来越低，在不远的将来，中频采样结构将不再是一种昂贵的选择。
在射频通信中应用的第三种结构是直接转换结构（见图3）。由于直接转换结构直接将基带信号和射频信号在同一进程中混合在一起，这使得该结构的信号链路最为简单，它所需要的元器件最少。与其它两种结构不同的是，它将不需要中频处理和声表面波（SAW）滤波器。正是由于声表面波滤波器在过去的年代比现在昂贵很多，才导致了直接转换结构的诞生。
直接转换结构的主要优点是：价格便宜、小型化、低功耗，并且没有中频转换相关器件。这些优点使得这种结构非常适合在低功耗、便携式终端的应用。尽管如此，一些高性能器件的使用为直接转换结构应用在高端市场打开了方便之门。事实上，正是这些高性能器件的使用，使得直接转换结构受到越来越多的关注。
由于在直接转换结构中没有中频处理单元，带内阻断信号的功率将直接传递到混频器和模数转换器（如果信号链路上含有模数转换器）。低噪声的混频器将确保弱信号不会被噪声和阻断信号所淹没。另外，由于混频器具有高的输出摆幅和低的失真，阻断信号既不会过驱动整个系统也不会调制到我们需要的载波信号上。
对于基带超外差接收器，如果在本机锁相环和射频输入之间存在泄漏通路，就一定会产生直流失调。对于和全球移动通信系统类似的支持跳频的一些射频应用来说，频率的跳变将导致本机锁相环路漏电的改变，并最终导致整个系统的直流失调的跳变。如果要纠正它，必须在系统中引入一个直流失调的补偿环路。尽管如此，在那些不需要跳频的应用中，本机锁相环的漏电是不变的，因此动态直流失调的补偿意义不大。
在传输端，由于不能有效降低带内噪声和失真，采用直接转换结构的射频发射机必须是由那些动态范围大的元器件构成。
在基站的相关应用中，由于面积和频道密度要被重点考虑，直接转换结构尤其被看好。因为从基站的角度看，带内阻断信号是不存在的（也就是说基站自己将处理带内阻断信号），所以，即使直接转换结构缺乏滤除带内阻断信号的功能也是可以接受的。
当然，选择何种射频电路结构应该由市场应用来决定。这些指导设计的因素包括：从设计到产品进入市场的时间、成本、外形、功能指标、灵活性、能否支持多种不同的应用模式等等。如何针对一个确定的应用去选择合适的射频结构不在本文的介绍范围之内。但是可以明确的是，如今一些射频器件制造商已经可以提供各种针对性的服务以帮助我们设计合适的射频系统，在整个结构设计的过程中，他们甚至可以提供几位富有经验的工程师为我们答疑解惑。
功耗管理
在整个研发过程中，你对相关技术了解得越多，你就越能优化你的设计。举例来说，你在设计中使用一个比较昂贵的器件或许可以降低整个系统的成本，换句话说，有的时候在一些器件上多投入几个美分，就可以充分地延长同样电池的使用时间。
另一个要注意的地方是功率检测器，它将发射机实际产生的发射功率与理论值相比较以判断是否超出可承受的范围。由于发射信号的时候发射机必须工作在一定的功率范围内，再加上实际环境肯定会导致电路功耗发生一定的跳变，功率检测器的作用就显得非常重要。当终端的发射功率低于理论范围时，基站就不会识别此信号，相反，如果终端的发射功率超出了理论范围，此信号就会掩盖它相邻的信号。
可是，从功耗的角度来看，如果系统的发射功率在理论范围的高端，将导致相对更多的系统功耗，并最终降低电池的使用寿命，除非系统一定要通过提高发射功率来克服远近争用。就一般情况而言，器件的发射功率越接近理论范围的低端，电池的使用率就越高。如果要尽可能让器件的发射功率呆在理论范围的低端，就必须有一个非常灵敏的功率检测器来保证发射功率不会跌出理论上可接受的功率范围，因此，在低发射功率（也就是低功耗）与高灵敏度的功率检测器之间存在一个折中。
基于对数的功率检测器可以在非常宽的动态范围内提供高精度的功率检测，其测量对象既可以是功率在几个毫瓦的弱信号，也可以是功率在瓦级的强信号。在类似于无线局域网标准(802.11)或WiMAX无线宽带标准的一些无线通信标准下，信号均峰值比率的跳变会导致基于对数的功率检测器的灵敏度下降。举例来说，当终端从低的数据交换率（比如上载一个纯文本信息）转变到高的数据交换率（比如下载一个新的图形标识和或者声音文件）时，数据交换率的动态增长和调制的变化将导致信号均峰值比率的跳变，与此同时，基于对数的功率检测器将会比正常情况多或少地检测到发射功率；如果最终检测的结果过高，就会促使系统自动降低发射功率，一旦实际功率低于理论功率范围的下限，整个通信将会被迫中断。
对于上面这类应用来说，均方根(RMS)功率检测器更为合适。均方根功率检测器不仅可以工作在很宽的动态范围内，还可以在数据交换率跳变的情况下准确地检测出发射功率。不过，具有同样宽的动态范围的均方根功率检测器比基于对数的功率检测器要稍微贵一些，因此，在价格和性能上同样存在一个折中。如果你的应用不需要很高的精度，那么一个基于对数的功率检测器或者一个较窄动态范围的均方根功率检测器无疑都是你省钱的选择。
器件尺寸管理
对于便携式终端的应用，器件尺寸的大小是设计时要重点考虑的因素。由于许多射频应用都是在便携式产品领域，芯片卖主时常要求许多不同的封装模式。越小的封 装常常意味着更加高的性能要求，我们必须注意当封装尺寸小到一定程度的时候，芯片便会出现意外。由于封装尺寸越来越小，当芯片工作在发射模式的时候，芯片的散热将会越来越困难。为了解决这个问题，许多小的封装常常使用散热片以减小芯片的热阻抗。最近有一种新的趋势是：不再使用原来的封装模式，而是在晶片上直接进行芯片级的封装（这样的芯片也叫倒装式芯片），它只有一堆管脚和薄薄的一层塑料外壳用以保护芯片。
让选择更有余地
当你决定设计各个功能模块的时候，一定要认真考虑你的设计最终将应用在哪些射频领域。举例来说，你或许需要为你的客户提供一系列基于本地频率的射频通信系统。考虑到设计一个射频通信系统的复杂程度，最为有利的方法是先搭建一个应用简单的但是可以做许多适应性改进（比如支持多种频率）的射频通信系统。如果用这种方法，你只需要用很少的时间去建立一个可用的射频通信系统，并且可以腾出更多的时间去应付那些针对特别需求的设计。
举个例子，一个范围在直流到10GHz的功率检测器可以适用于任何无线标准。如果使用更加精确、更加稳定（例如对温度稳定）的高质量器件，而相关的应用又不
需要这么高的精度和稳定性，这无疑会增加设计的成本。尽可能地使用单个器件或许可以完全抵消其它部分的代价并且略有赢余。与此同时，还有可能缩短从设计到产品上市的时间。
如果你要考虑在你的设计中引入射频技术，你并不需要匆忙地决定一个实现射频功能的结构。在最终决定系统结构前，必须好好考虑你的卖主的市场应用，并且要考虑到随着时间的推移，一些新的射频功能将被要求在你的产品中实现。
射频-识别技术原理 纳米射频
系统组成
最基本的RFID系统由三部分组成：
1. 标签(Tag，即射频卡)：由耦合元件及芯片组成，标签含有内置天线，用于和射频天线间进行通信。
2. 阅读器：读取(在读写卡中还可以写入)标签信息的设备。
3. 天线：在标签和读取器间传递射频信号。
有些系统还通过阅读器的RS232或RS485接口与外部计算机(上位机主系统)连接，进行数据交换。
工作原理
系统的基本工作流程是：阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被激活；射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去；系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理；主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。
在耦合方式(电感-电磁)、通信流程(FDX、HDX、SEQ)、从射频卡到阅读器的数据传输方法(负载调制、反向散射、高次谐波)以及频率范围等方面，不同的非接触传输方法有根本的区别，但所有的阅读器在功能原理上，以及由此决定的设计构造上都很相似，所有阅读器均可简化为高频接口和控制单元两个基本模块。高频接口包含发送器和接收器，其功能包括：产生高频发射功率以启动射频卡并提供能量；对发射信号进行调制，用于将数据传送给射频卡；接收并解调来自射频卡的高频信号。不同射频识别系统的高频接口设计具有一些差异，电感耦合系统的高频接口原理图如图1所示。
阅读器的控制单元的功能包括：与应用系统软件进行通信，并执行应用系统软件发来的命令；控制与射频卡的通信过程(主-从原则)；信号的编解码。对一些特殊的系统还有执行反碰撞算法，对射频卡与阅读器间要传送的数据进行加密和解密，以及进行射频卡和阅读器间的身份验证等附加功能。
射频识别系统的读写距离是一个很关键的参数。长距离射频识别系统的价格还很贵，因此寻找提高其读写距离的方法很重要。影响射频卡读写距离的因素包括天线工作频率、阅读器的RF输出功率、阅读器的接收灵敏度、射频卡的功耗、天线及谐振电路的Q值、天线方向、阅读器和射频卡的耦合度，以及射频卡本身获得的能量及发送信息的能量等。大多数系统的读取距离和写入距离是不同的，写入距离大约是读取距离的40%～80%。
射频卡的标准和分类
生产RFID产品的很多公司都采用自己的标准，国际上还没有统一的标准。目前，可供射频卡使用的几种标准有ISO10536、ISO14443、ISO15693和ISO18OOO。应用最多的是ISO14443和ISO15693，这两个标准都由物理特性、射频功率和信号接口、初始化和反碰撞以及传输协议四部分组成。
按照不同得方式，射频卡有以下几种分类：
1. 按供电方式分为有源卡和无源卡。有源是指卡内有电池提供电源，其作用距离较远，但寿命有限、体积较大、成本高，且不适合在恶劣环境下工作；无源卡内无电池，它利用波束供电技术将接收到的射频能量转化为直流电源为卡内电路供电，其作用距离相对有源卡短，但寿命长且对工作环境要求不高。
2. 按载波频率分为低频射频卡、中频射频卡和高频射频卡。低频射频卡主要有125kHz和134.2kHz两种，中频射频卡频率主要为13.56MHz，高频射频卡主要为433MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz等。低频系统主要用于短距离、低成本的应用中，如多数的门禁控制、校园卡、动物监管、货物跟踪等。中频系统用于门禁控制和需传送大量数据的应用系统；高频系统应用于需要较长的读写距离和高读写速度的场合，其天线波束方向较窄且价格较高，在火车监控、高速公路收费等系统中应用。
3. 按调制方式的不同可分为主动式和被动式。主动式射频卡用自身的射频能量主动地发送数据给读写器；被动式射频卡使用调制散射方式发射数据，它必须利用读写器的载波来调制自己的信号，该类技术适合用在门禁或交通应用中，因为读写器可以确保只激活一定范围之内的射频卡。在有障碍物的情况下，用调制散射方式，读写器的能量必须来去穿过障碍物两次。而主动方式的射频卡发射的信号仅穿过障碍物一次，因此主动方式工作的射频卡主要用于有障碍物的应用中，距离更远(可达30米)。
4. 按作用距离可分为密耦合卡(作用距离小于1厘米)、近耦合卡(作用距离小于15厘米)、疏耦合卡(作用距离约1米)和远距离卡(作用距离从1米到10米，甚至更远)。
5. 按芯片分为只读卡、读写卡和CPU卡。
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