史上最詳細(xì)的射頻收發(fā)信機(jī)（RF Transceiver）架構(gòu)解析！

在當(dāng)今數(shù)字化時代，無線通信已滲透到生活的各個角落，從日常使用的手機(jī)、Wi-Fi 設(shè)備，到先進(jìn)的衛(wèi)星通信、雷達(dá)系統(tǒng)，無線技術(shù)讓信息的傳遞突破了線纜的束縛 。而在這龐大復(fù)雜的無線通信體系中，射頻收發(fā)信機(jī)（RF Transceiver）無疑是最為關(guān)鍵的核心部件之一，它如同無線通信世界的 “心臟”，為信息的無線傳輸提供了動力與保障。

射頻收發(fā)信機(jī)的主要功能是實現(xiàn)基帶信號與射頻信號之間的相互轉(zhuǎn)換。在發(fā)射端，它將來自基帶處理單元的數(shù)字信號進(jìn)行調(diào)制、上變頻和功率放大等處理，使其成為適合在空氣中傳播的高頻射頻信號，然后通過天線發(fā)射出去；在接收端，它則負(fù)責(zé)將天線接收到的微弱射頻信號進(jìn)行濾波、低噪聲放大、下變頻和解調(diào)等操作，還原成原始的基帶數(shù)字信號，以便后續(xù)的處理和分析。簡單來說，射頻收發(fā)信機(jī)就像是一座橋梁，連接著數(shù)字世界和無線射頻世界，讓信息能夠在兩者之間自由穿梭。

NO.1架構(gòu)類型大盤點

在射頻收發(fā)信機(jī)的發(fā)展歷程中，為了滿足不同應(yīng)用場景和性能需求，出現(xiàn)了多種各具特色的架構(gòu)類型，每種架構(gòu)都有其獨特的工作原理、優(yōu)缺點以及適用范圍。接下來，讓我們一起深入了解這些常見的射頻收發(fā)信機(jī)架構(gòu) 。

1.1 最最經(jīng)典的超外差架構(gòu)

超外差架構(gòu)堪稱射頻收發(fā)信機(jī)架構(gòu)中的 “元老”，自 1918 年誕生以來，憑借其卓越的性能和廣泛的適用性，一直穩(wěn)坐無線通信領(lǐng)域的重要位置。即使實施技術(shù)歷經(jīng)從電子管到晶體管，再到集成電路的變革，它依然是眾多現(xiàn)代無線系統(tǒng)的核心架構(gòu)。

超外差架構(gòu)的工作原理基于外差過程，主要通過兩次變頻來實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換。在接收端，天線接收到的射頻信號首先與本地振蕩器產(chǎn)生的本振信號在混頻器中進(jìn)行混頻，將射頻信號轉(zhuǎn)換為固定頻率的中頻信號。這個中頻信號的頻率是本振信號與輸入射頻信號的頻率差值。由于中頻頻率相對固定，后續(xù)就可以使用高增益、高選擇性的中頻放大器和濾波器對信號進(jìn)行處理，以提高信號的質(zhì)量和抗干擾能力。經(jīng)過中頻處理后的信號，再次與本振信號混頻，將中頻信號下變頻到基帶信號，最后經(jīng)過低通濾波器和基帶放大器，為 ADC 提供合適的輸入信號，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后在數(shù)字基帶中進(jìn)行處理。發(fā)射端的過程則相反，基帶數(shù)字信號先經(jīng)過 DAC 轉(zhuǎn)換為模擬基帶信號，然后通過混頻器上變頻到中頻信號，經(jīng)過中頻放大和濾波后，再次與本振信號混頻上變頻到射頻頻率，經(jīng)過功率放大后通過天線發(fā)射出去。

這種架構(gòu)的優(yōu)勢十分顯著，首先是靈敏度高，能夠捕捉到極其微弱的信號，這得益于其良好的增益分配，大部分增益由中頻級提供，在固定的中頻頻率處，更容易獲得高且穩(wěn)定的增益，并且相同增益下，在中頻實現(xiàn)所需的功耗低于在射頻實現(xiàn)所需的功耗。其次是選擇性好，即抗帶外干擾的能力強(qiáng)，通過高 Q 值的鏡頻抑制濾波器和信道選擇濾波器，可以有效地抑制鄰道干擾和其他雜散信號 。

然而，超外差架構(gòu)也并非十全十美。由于需要多次變頻和眾多的濾波器、放大器等元器件，導(dǎo)致其整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，不利于集成，成本和功耗也相對較高。而且，混頻器的非線性特性會產(chǎn)生較多的干擾頻率，對頻率規(guī)劃的要求較高，設(shè)計和調(diào)試的難度也相應(yīng)增加。盡管存在這些缺點，超外差架構(gòu)在對靈敏度和抗干擾能力要求極高的微波通信、廣播、衛(wèi)星通信、高性能雷達(dá)等領(lǐng)域，仍然發(fā)揮著不可替代的作用 。

1.2 直接干掉中頻的零中頻（直接變頻）架構(gòu)

零中頻架構(gòu)，也被稱為直接變頻架構(gòu)，是一種相對簡潔的射頻收發(fā)信機(jī)架構(gòu)。它的出現(xiàn)，為解決無線通信設(shè)備的小型化和低功耗問題提供了有效的解決方案。

零中頻架構(gòu)的工作原理極具創(chuàng)新性，它摒棄了傳統(tǒng)的中頻轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，直接將射頻信號通過混頻器與本地振蕩器產(chǎn)生的本振信號進(jìn)行混頻，一步到位地將射頻信號轉(zhuǎn)換為基帶信號。在接收端，天線接收的射頻信號直接與本振信號在混頻器中混頻，得到正交的 I（同相）和 Q（正交相位）兩路基帶信號，這兩路信號經(jīng)過低通濾波器去除高頻分量后，直接進(jìn)入基帶放大器進(jìn)行放大，然后由 ADC 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進(jìn)行后續(xù)處理。發(fā)射端則是將數(shù)字基帶信號經(jīng)過 DAC 轉(zhuǎn)換為模擬基帶信號，通過混頻器與本振信號混頻上變頻到射頻頻率，經(jīng)過功率放大后通過天線發(fā)射出去。

這種架構(gòu)的最大優(yōu)勢在于結(jié)構(gòu)簡單，由于不需要中頻放大器、中頻濾波器等元器件，大大減少了電路的復(fù)雜度和體積，降低了成本和功耗，非常適合對尺寸和功耗要求嚴(yán)格的消費類電子設(shè)備，如手機(jī)、尋呼機(jī)等。同時，零中頻架構(gòu)更容易集成在一塊射頻集成電路（RFIC）中，便于大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用 。此外，通過靈活的數(shù)字化器和可編程的基帶濾波器，零中頻設(shè)計能實現(xiàn)高性能和極大的靈活性，既能支持范圍超寬的頻率和帶寬，也能維持近乎平坦的性能，無需針對每種配置優(yōu)化模擬電路，可謂是名副其實的軟件定義無線電（SDR）技術(shù)。

不過，零中頻架構(gòu)也存在一些固有的缺點。例如，直流偏移問題較為突出，由于射頻信號直接轉(zhuǎn)換為基帶信號，任何本振信號的直流分量或電路中的直流失調(diào)都會直接影響到基帶信號，導(dǎo)致信號失真。本振泄露也是一個常見問題，本振信號可能會通過各種路徑泄露到射頻輸入端或輸出端，對信號造成干擾。此外，I/Q 失衡會導(dǎo)致信號解調(diào)時的相位誤差和幅度誤差，影響信號的準(zhǔn)確性，而閃爍噪聲在低頻段較為明顯，會降低信號的質(zhì)量。為了克服這些缺點，通常需要采用專門的校準(zhǔn)算法和電路設(shè)計來改善性能，以滿足通信系統(tǒng)的嚴(yán)格要求 。盡管存在這些挑戰(zhàn)，零中頻架構(gòu)憑借其獨特的優(yōu)勢，在 3G/4G/5G、WIFI 等相對大帶寬制式的應(yīng)用中得到了廣泛的應(yīng)用 。

1.3 零中頻的改良版—低中頻架構(gòu)

低中頻架構(gòu)可以看作是零中頻架構(gòu)的優(yōu)化升級版，它的出現(xiàn)主要是為了克服零中頻架構(gòu)中存在的直流偏移等問題。

低中頻架構(gòu)的原理是在零中頻架構(gòu)的基礎(chǔ)上，引入了一個較低的中頻頻率（通常遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)超外差架構(gòu)的中頻頻率）。在接收端，天線接收到的射頻信號與本地振蕩器產(chǎn)生的本振信號混頻后，先轉(zhuǎn)換為低中頻信號，而不是直接轉(zhuǎn)換為基帶信號。這個低中頻信號既避免了零中頻架構(gòu)中的直流問題，又保留了零中頻架構(gòu)的一些優(yōu)點。低中頻信號經(jīng)過低通濾波器和放大器處理后，再通過數(shù)字信號處理技術(shù)進(jìn)行解調(diào)、濾波等操作，最終恢復(fù)出原始的基帶信號。發(fā)射端的過程類似，基帶信號先上變頻到低中頻，經(jīng)過處理后再上變頻到射頻頻率發(fā)射出去。

低中頻架構(gòu)的主要特點是在規(guī)避直流影響的同時，對鏡像抑制提出了更高的要求。由于低中頻信號仍然存在鏡像頻率干擾，因此需要更加精確的鏡像抑制技術(shù)來保證信號的質(zhì)量。與零中頻架構(gòu)相比，低中頻架構(gòu)在處理窄帶信號時具有一定的優(yōu)勢，因為它可以通過合適的濾波器設(shè)計更好地抑制帶外干擾，提高信號的抗干擾能力。

低中頻架構(gòu)在一些窄帶應(yīng)用中表現(xiàn)出色，比如全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS，如 GPS+BeiDou+GLONASS 等）這種用于導(dǎo)航的窄帶衛(wèi)星接收機(jī)，以及藍(lán)牙這種低功耗、短距離通信的窄帶應(yīng)用。在這些應(yīng)用場景中，低中頻架構(gòu)能夠在滿足性能要求的同時，保持較低的成本和功耗，具有較高的性價比 。

1.4?數(shù)字化的變革——數(shù)字中頻架構(gòu)

數(shù)字中頻架構(gòu)是隨著數(shù)字信號處理技術(shù)和模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)的發(fā)展而興起的一種新型射頻收發(fā)信機(jī)架構(gòu)，它將傳統(tǒng)超外差架構(gòu)中的中頻部分進(jìn)行了數(shù)字化處理，為射頻收發(fā)信機(jī)帶來了新的變革。

數(shù)字中頻架構(gòu)的工作原理是在中頻階段進(jìn)行模擬信號和數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，利用數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)信號的濾波、調(diào)制和解調(diào)等功能。在接收端，天線接收到的射頻信號經(jīng)過低噪聲放大和射頻濾波后，與本振信號混頻轉(zhuǎn)換為中頻信號。這個中頻信號不是像傳統(tǒng)超外差架構(gòu)那樣進(jìn)行模擬處理，而是直接由 ADC 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。數(shù)字中頻信號進(jìn)入數(shù)字下變頻（DDC）模塊，通過抽取濾波和下變頻將中頻信號轉(zhuǎn)換到基帶信號，然后在數(shù)字域中進(jìn)行各種信號處理和分析。在發(fā)射端，基帶數(shù)字信號首先經(jīng)過數(shù)字上變頻（DUC）模塊，進(jìn)行插值濾波和上變頻，將基帶信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字中頻信號，再通過 DAC 將數(shù)字中頻信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，經(jīng)過射頻放大和濾波后通過天線發(fā)射出去。

與傳統(tǒng)超外差架構(gòu)相比，數(shù)字中頻架構(gòu)具有諸多優(yōu)勢。首先，它使用的模擬器件更少，有利于減小系統(tǒng)尺寸，降低成本和功耗。其次，數(shù)字信號處理的精度高、穩(wěn)定性好，可以實現(xiàn)更加復(fù)雜和精確的信號處理算法，提高系統(tǒng)的性能和靈活性。例如，通過數(shù)字濾波可以實現(xiàn)更陡峭的濾波器特性，更好地抑制干擾信號；通過數(shù)字調(diào)制解調(diào)可以實現(xiàn)更高的調(diào)制精度和更好的解調(diào)性能。此外，數(shù)字中頻架構(gòu)還能有效降低 I/Q 失配的影響，提高信號的質(zhì)量 。

然而，數(shù)字中頻架構(gòu)也面臨一些挑戰(zhàn)。為了滿足信號多載波寬帶化以及載波聚合的需求，需要提高中頻頻率，這就要求 ADC 和 DAC 具有更高的采樣率和分辨率，從而增加了芯片設(shè)計的難度和成本，也導(dǎo)致射頻收發(fā)機(jī)的整體功耗上升。另外，數(shù)字中頻接收機(jī)通常需要外置中頻 SAW 濾波器用作抗混疊濾波，這不利于實現(xiàn)全集成化，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本 。盡管存在這些問題，隨著 ADC 和 DAC 技術(shù)的不斷進(jìn)步，數(shù)字中頻架構(gòu)在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛，特別是在對性能和集成度要求較高的領(lǐng)域，如基站、高端通信設(shè)備等 。

1.5 射頻直采架構(gòu)

射頻直采架構(gòu)是一種極具前瞻性的射頻收發(fā)信機(jī)架構(gòu)，它的出現(xiàn)得益于 ADC/DAC 技術(shù)的飛速發(fā)展，為實現(xiàn)更高效、更靈活的無線通信開辟了新的道路。

射頻直采架構(gòu)的原理非常簡潔直接，它直接對天線接收到的射頻信號進(jìn)行采樣，將其數(shù)字化后再進(jìn)行后續(xù)的處理。在接收端，天線接收到的射頻信號經(jīng)過低噪聲放大和射頻濾波后，直接由高速 ADC 進(jìn)行采樣，將射頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。這些數(shù)字信號可以直接通過數(shù)字信號處理算法進(jìn)行解調(diào)、濾波、調(diào)制等操作，實現(xiàn)各種通信功能。發(fā)射端則是將數(shù)字基帶信號經(jīng)過數(shù)字上變頻和調(diào)制后，由高速 DAC 轉(zhuǎn)換為射頻模擬信號，經(jīng)過功率放大后通過天線發(fā)射出去。

射頻直采架構(gòu)在超大帶寬應(yīng)用中展現(xiàn)出了獨特的優(yōu)勢。由于它直接對射頻信號進(jìn)行采樣，避免了多次變頻帶來的信號損失和干擾，能夠更準(zhǔn)確地捕捉和處理寬帶信號，非常適合需要處理超寬頻帶信號的場景，如未來的 6G 通信、雷達(dá)系統(tǒng)等。此外，射頻直采架構(gòu)更接近于理想的軟件定義無線電（SDR）概念，即 ADC 盡可能地靠近天線去完成射頻寬帶信號的數(shù)字化，同時數(shù)字化后的信號盡可能多地用軟件來進(jìn)行處理，實現(xiàn)各種功能和指標(biāo)，這使得系統(tǒng)具有更高的靈活性和可重構(gòu)性，可以通過軟件升級輕松適應(yīng)不同的通信標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用需求 。

然而，射頻直采架構(gòu)也面臨著一系列嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。首先，由于增益全部分配在射頻端，對射頻器件的性能要求極高，需要高性能的低噪聲放大器、射頻濾波器等器件來保證信號的質(zhì)量和穩(wěn)定性，這增加了射頻前端設(shè)計的難度和成本。其次，為了實現(xiàn)對射頻信號的直接采樣，ADC 需要具備極高的采樣率和分辨率，這不僅對 ADC 芯片的制造工藝提出了挑戰(zhàn)，還導(dǎo)致了功耗的大幅增加。另外，射頻直采方案對射頻濾波器的要求要遠(yuǎn)高于其他架構(gòu)中的射頻濾波器，因為基帶端沒有模擬低通濾波器了，所有的干擾信號都要通過僅有的射頻濾波器來實現(xiàn)抑制，這對射頻濾波器的性能和設(shè)計提出了更高的要求 。盡管面臨這些困難，隨著技術(shù)的不斷突破和進(jìn)步，射頻直采架構(gòu)有望在未來的無線通信領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用，成為推動通信技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵力量 。

NO.2射頻架構(gòu)背后的影響因素

射頻收發(fā)信機(jī)架構(gòu)的選擇并非隨意為之，而是受到多種復(fù)雜因素的綜合影響。這些因素如同精密的調(diào)控器，共同決定了哪種架構(gòu)最適合特定的應(yīng)用場景，以實現(xiàn)最佳的性能表現(xiàn)。下面，讓我們深入探討這些關(guān)鍵的影響因素。

2.1 信號特性的指揮棒

信號的帶寬和頻譜特性是影響射頻收發(fā)信機(jī)架構(gòu)的重要因素。不同的通信系統(tǒng)對信號帶寬的要求差異巨大，例如，語音通信的帶寬相對較窄，而高清視頻流、5G 甚至未來 6G 通信所需的帶寬則非常寬。信號帶寬直接決定了收發(fā)信機(jī)的工作帶寬和處理能力，架構(gòu)需要能夠支持相應(yīng)的帶寬，確保信號的有效傳輸和處理 。

信號的頻譜分布也至關(guān)重要。如果信號頻譜較為集中，架構(gòu)的設(shè)計相對簡單；但如果信號頻譜復(fù)雜，存在較多的雜散信號或諧波，就需要更復(fù)雜的濾波器和信號處理電路來抑制干擾，保證信號的純凈度 。例如，在雷達(dá)系統(tǒng)中，由于發(fā)射和接收的信號頻譜復(fù)雜，需要超外差架構(gòu)來實現(xiàn)高選擇性的濾波和處理，以準(zhǔn)確檢測目標(biāo)信號。而在一些簡單的短距離通信應(yīng)用中，如藍(lán)牙，信號頻譜相對簡單，零中頻架構(gòu)就能夠滿足需求 。

2.2 通信環(huán)境的挑戰(zhàn)

現(xiàn)代通信環(huán)境日益復(fù)雜，蜂窩結(jié)構(gòu)和頻率復(fù)用技術(shù)雖然提高了頻譜利用率，但也帶來了一系列干擾問題，對射頻收發(fā)信機(jī)的架構(gòu)設(shè)計提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn) 。

同信道干擾是指相同頻率的信號在同一區(qū)域內(nèi)相互干擾，導(dǎo)致信號質(zhì)量下降。鄰信道干擾則是相鄰信道的信號對目標(biāo)信道產(chǎn)生的干擾，這兩種干擾在蜂窩通信系統(tǒng)中尤為常見。為了應(yīng)對這些干擾，收發(fā)信機(jī)需要具備良好的選擇性和抗干擾能力。超外差架構(gòu)通過高選擇性的中頻濾波器，可以有效地抑制鄰道干擾和同信道干擾，保證信號的準(zhǔn)確接收 。

信號泄露也是一個不容忽視的問題。在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)共用天線的情況下，發(fā)射信號可能會泄露到接收機(jī)輸入端，對接收信號造成干擾。此外，本振信號的泄露也會影響系統(tǒng)的性能。零中頻架構(gòu)由于結(jié)構(gòu)簡單，在一定程度上可以減少信號泄露的路徑，但也需要采取特殊的電路設(shè)計和校準(zhǔn)技術(shù)來降低泄露的影響 。

2.3 調(diào)制方式的抉擇

調(diào)制方式是射頻收發(fā)信機(jī)設(shè)計中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，不同的調(diào)制方式對接收機(jī)結(jié)構(gòu)、功放選擇以及正交信號的產(chǎn)生都有著重要影響 。

常見的調(diào)制方式包括幅度調(diào)制（AM）、頻率調(diào)制（FM）、相位調(diào)制（PM）以及各種數(shù)字調(diào)制方式，如正交幅度調(diào)制（QAM）、相移鍵控（PSK）等。以數(shù)字調(diào)制為例，QAM 調(diào)制方式對信號的幅度和相位精度要求較高，需要更精確的接收機(jī)結(jié)構(gòu)和信號處理算法來保證解調(diào)的準(zhǔn)確性。在這種情況下，超外差架構(gòu)或數(shù)字中頻架構(gòu)由于其良好的信號處理能力和穩(wěn)定性，更適合用于 QAM 調(diào)制信號的接收 。

功放的選擇也與調(diào)制方式密切相關(guān)。對于恒包絡(luò)調(diào)制方式，如 FSK、GFSK 等，可以采用效率較高的非線性功放；而對于非恒包絡(luò)調(diào)制方式，如 QAM、PSK 等，為了保證信號的線性度和準(zhǔn)確性，需要采用線性功放，但線性功放的效率相對較低。因此，在設(shè)計射頻收發(fā)信機(jī)架構(gòu)時，需要綜合考慮調(diào)制方式和功放的特性，以實現(xiàn)最佳的性能和功耗平衡 。

正交信號的產(chǎn)生在許多調(diào)制方式中也起著關(guān)鍵作用。例如，在直接變頻架構(gòu)中，需要精確產(chǎn)生正交的 I 和 Q 信號來實現(xiàn)信號的調(diào)制和解調(diào)。然而，由于電路的非理想性，I/Q 失衡問題容易導(dǎo)致信號失真，因此需要采用特殊的校準(zhǔn)技術(shù)來保證正交信號的準(zhǔn)確性 。不同的調(diào)制方式對正交信號的精度要求不同，這也影響著射頻收發(fā)信機(jī)架構(gòu)的選擇和設(shè)計 。

NO.3應(yīng)用領(lǐng)域大賞

3.1 移動通信中的常用架構(gòu)

在移動通信的發(fā)展歷程中，射頻收發(fā)信機(jī)架構(gòu)始終扮演著不可或缺的關(guān)鍵角色，隨著通信技術(shù)從 2G、3G、4G 向 5G 不斷演進(jìn)，對射頻收發(fā)信機(jī)架構(gòu)的性能要求也日益嚴(yán)苛 。

2G 時代，以 GSM（全球移動通信系統(tǒng)）為代表的通信標(biāo)準(zhǔn)采用了時分多址（TDMA）技術(shù)，主要工作在 900MHz 和 1800MHz 頻段 。當(dāng)時的射頻收發(fā)信機(jī)架構(gòu)多采用超外差架構(gòu)，通過兩次變頻將射頻信號轉(zhuǎn)換為中頻信號，再進(jìn)行解調(diào)處理。這種架構(gòu)在 2G 時代能夠滿足基本的語音通信和低速數(shù)據(jù)傳輸需求，為移動通信的普及奠定了基礎(chǔ) 。

進(jìn)入 3G 時代，WCDMA（寬帶碼分多址）、CDMA2000 和 TD-SCDMA（時分同步碼分多址）等多種標(biāo)準(zhǔn)并存，數(shù)據(jù)傳輸速率得到了顯著提升 。為了滿足 3G 系統(tǒng)對帶寬和數(shù)據(jù)處理能力的更高要求，零中頻架構(gòu)開始嶄露頭角 。零中頻架構(gòu)的簡潔性和低功耗特性，使其成為 3G 手機(jī)等終端設(shè)備的理想選擇，有效解決了設(shè)備體積和功耗的難題，推動了移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的初步發(fā)展 。

4G LTE（長期演進(jìn)）技術(shù)的出現(xiàn)，帶來了更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更低的延遲，對射頻收發(fā)信機(jī)的性能提出了新的挑戰(zhàn) 。此時，零中頻架構(gòu)經(jīng)過不斷優(yōu)化和改進(jìn)，已經(jīng)能夠滿足 4G 系統(tǒng)對大帶寬和高性能的要求，成為 4G 基站和終端設(shè)備的主流架構(gòu) 。同時，數(shù)字中頻架構(gòu)也在一些高端通信設(shè)備中得到應(yīng)用，利用數(shù)字信號處理技術(shù)實現(xiàn)更精確的信號處理和調(diào)制解調(diào)，提高了系統(tǒng)的性能和靈活性 。

5G 通信的到來，開啟了萬物互聯(lián)的新時代，對射頻收發(fā)信機(jī)架構(gòu)提出了前所未有的高要求 。5G 具有高速率、低延遲、大連接的特點，頻段范圍更廣，包括 Sub-6GHz 和毫米波頻段 。為了支持 5G 的復(fù)雜應(yīng)用場景，射頻收發(fā)信機(jī)需要具備超寬帶、高線性度和低功耗等特性 。目前，零中頻架構(gòu)仍然是 5G 基站和終端設(shè)備的重要選擇，通過采用先進(jìn)的校準(zhǔn)算法和電路設(shè)計，有效克服了直流偏移、本振泄露等問題，滿足了 5G 通信的嚴(yán)格要求 。此外，射頻直采架構(gòu)也在 5G 領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力，尤其是在毫米波頻段，能夠直接對射頻信號進(jìn)行采樣和數(shù)字化處理，實現(xiàn)更高效的信號傳輸和處理，為 5G 通信的發(fā)展提供了新的技術(shù)路徑 。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)中的常用架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，讓各種設(shè)備實現(xiàn)了互聯(lián)互通，從智能家居、智能穿戴到工業(yè)自動化、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域，射頻收發(fā)信機(jī)作為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的核心部件，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用 。

在低功耗廣覆蓋物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)中，NB-IoT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)）和 LoRa（長距離）是兩個典型的代表 。NB-IoT 工作在授權(quán)頻段，具有廣覆蓋、大連接、低功耗等特點，適用于對功耗和連接數(shù)要求較高的應(yīng)用場景，如智能水表、電表、燃?xì)獗淼冗h(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，以及物流追蹤、資產(chǎn)監(jiān)控等領(lǐng)域 。由于 NB-IoT 信號帶寬較窄，對射頻收發(fā)信機(jī)的性能要求相對較低，低中頻架構(gòu)或零中頻架構(gòu)都能滿足其需求 。這些架構(gòu)在實現(xiàn)低功耗的同時，能夠保證信號的穩(wěn)定傳輸和準(zhǔn)確解調(diào)，確保物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備長時間穩(wěn)定運行 。

LoRa 則工作在非授權(quán)頻段，以其遠(yuǎn)距離、低功耗、低成本的優(yōu)勢，在一些對覆蓋范圍和成本敏感的應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用，如智能農(nóng)業(yè)、智能交通、樓宇自動化等 。LoRa 采用擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，能夠在低信噪比環(huán)境下實現(xiàn)可靠通信 。對于 LoRa 設(shè)備的射頻收發(fā)信機(jī)，通常采用超外差架構(gòu)或低中頻架構(gòu)，以提高信號的接收靈敏度和抗干擾能力，確保在復(fù)雜的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，設(shè)備之間能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離、穩(wěn)定的通信 。

在短距離無線通信技術(shù)中，WiFi、藍(lán)牙和 Zigbee 等技術(shù)各具特色，廣泛應(yīng)用于智能家居、智能穿戴、工業(yè)控制等領(lǐng)域 。WiFi 作為家庭和辦公場所最常用的無線通信技術(shù)，支持高速數(shù)據(jù)傳輸，適用于視頻流傳輸、文件共享等應(yīng)用場景 。WiFi 射頻收發(fā)信機(jī)通常采用零中頻架構(gòu)，以實現(xiàn)設(shè)備的小型化和低功耗，同時滿足高速數(shù)據(jù)傳輸對帶寬和性能的要求 。

藍(lán)牙技術(shù)則以其低功耗、低成本和短距離通信的特點，成為智能穿戴設(shè)備、無線耳機(jī)、智能家居控制等領(lǐng)域的首選 。藍(lán)牙射頻收發(fā)信機(jī)多采用低中頻架構(gòu)，能夠有效抑制閃爍噪聲和直流偏移，提高信號的質(zhì)量和穩(wěn)定性，確保藍(lán)牙設(shè)備在低功耗模式下，也能實現(xiàn)穩(wěn)定、高效的通信 。

Zigbee 是一種低速率、低功耗的無線通信技術(shù)，主要用于智能家居自動化、工業(yè)監(jiān)控等領(lǐng)域，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備之間的自組網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸 。Zigbee 射頻收發(fā)信機(jī)通常采用零中頻架構(gòu)或低中頻架構(gòu)，以滿足其對成本和功耗的嚴(yán)格要求，同時保證在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，設(shè)備之間能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的通信和數(shù)據(jù)交互 。

3.3 衛(wèi)星通信常用射頻架構(gòu)

衛(wèi)星通信作為一種重要的通信方式，能夠?qū)崿F(xiàn)全球范圍內(nèi)的信息傳輸，無論是偏遠(yuǎn)地區(qū)的通信保障，還是航天探索中的數(shù)據(jù)傳輸，衛(wèi)星通信都發(fā)揮著不可替代的作用 。而衛(wèi)星通信對射頻收發(fā)信機(jī)的性能要求極高，需要具備高靈敏度、高選擇性和高可靠性等特點 。

超外差架構(gòu)在衛(wèi)星通信中有著廣泛的應(yīng)用 。由于衛(wèi)星通信信號在傳輸過程中會受到嚴(yán)重的衰減和干擾，需要射頻收發(fā)信機(jī)具有極高的靈敏度，能夠捕捉到極其微弱的信號 。超外差架構(gòu)通過多級高 Q 值濾波器和放大器，能夠有效地抑制鄰道干擾和電源噪聲，提高信號的質(zhì)量和抗干擾能力，確保衛(wèi)星通信的穩(wěn)定可靠 。例如，在地球站與衛(wèi)星之間的通信中，超外差架構(gòu)的射頻收發(fā)信機(jī)能夠準(zhǔn)確地接收衛(wèi)星發(fā)射的信號，并將其轉(zhuǎn)換為基帶信號進(jìn)行處理，同時將地面發(fā)送的信號調(diào)制、放大后發(fā)射到衛(wèi)星，實現(xiàn)雙向通信 。

此外，在一些衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，也會采用數(shù)字中頻架構(gòu)或其他先進(jìn)的架構(gòu)，以滿足對信號處理能力和靈活性的更高要求 。數(shù)字中頻架構(gòu)利用數(shù)字信號處理技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)更精確的信號濾波、調(diào)制和解調(diào)，提高系統(tǒng)的性能和適應(yīng)性 。隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的不斷發(fā)展，對射頻收發(fā)信機(jī)架構(gòu)的研究和創(chuàng)新也在持續(xù)進(jìn)行，以適應(yīng)未來衛(wèi)星通信對高速率、大容量、低延遲的需求 。

3.4 雷達(dá)系統(tǒng)中常用射頻架構(gòu)

雷達(dá)系統(tǒng)是一種利用電磁波探測目標(biāo)的電子設(shè)備，廣泛應(yīng)用于軍事、航空、航海、氣象等領(lǐng)域，能夠?qū)崿F(xiàn)對目標(biāo)的探測、定位、跟蹤和識別 。射頻收發(fā)信機(jī)作為雷達(dá)系統(tǒng)的核心部件，其架構(gòu)的選擇直接影響著雷達(dá)系統(tǒng)的性能和功能 。

在雷達(dá)系統(tǒng)中，射頻收發(fā)信機(jī)需要實現(xiàn)對發(fā)射信號的精確調(diào)制和放大，以及對回波信號的高靈敏度接收和處理 。超外差架構(gòu)是雷達(dá)系統(tǒng)中常用的架構(gòu)之一，它能夠通過多次變頻和高選擇性的濾波器，有效地抑制干擾信號，提高雷達(dá)系統(tǒng)的探測距離和精度 。例如，在軍事雷達(dá)中，超外差架構(gòu)的射頻收發(fā)信機(jī)能夠發(fā)射大功率的射頻信號，照射目標(biāo)后接收反射回來的微弱回波信號，經(jīng)過多級放大和濾波處理，準(zhǔn)確地檢測出目標(biāo)的位置、速度和形狀等信息，為軍事決策提供重要依據(jù) 。

隨著雷達(dá)技術(shù)的不斷發(fā)展，對射頻收發(fā)信機(jī)的性能要求也越來越高，如更高的分辨率、更強(qiáng)的抗干擾能力和更快的處理速度等 。為了滿足這些要求，一些先進(jìn)的雷達(dá)系統(tǒng)開始采用數(shù)字中頻架構(gòu)或射頻直采架構(gòu) 。數(shù)字中頻架構(gòu)利用數(shù)字信號處理技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)更復(fù)雜的信號處理算法，提高雷達(dá)系統(tǒng)的性能和靈活性 。射頻直采架構(gòu)則直接對射頻信號進(jìn)行采樣和數(shù)字化處理，避免了多次變頻帶來的信號損失和干擾，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的帶寬和更精確的信號處理，為雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)展帶來了新的突破 。

NO.4射頻架構(gòu)的發(fā)展趨勢展望

4.1 射頻架構(gòu)的集成化

隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的飛速發(fā)展，射頻收發(fā)信機(jī)正朝著高集成度的方向大步邁進(jìn) 。未來，更多的功能模塊將被集成在一顆芯片上，甚至實現(xiàn)射頻前端、收發(fā)信機(jī)和基帶處理單元的高度集成，形成片上系統(tǒng)（SoC） 。這不僅能夠顯著減少元器件的數(shù)量和體積，降低系統(tǒng)成本，還能提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，為無線通信設(shè)備的小型化和便攜化提供有力支持 。例如，一些先進(jìn)的射頻收發(fā)信機(jī)芯片已經(jīng)集成了多個頻段的收發(fā)功能，以及功率放大器、濾波器等前端模塊，使得設(shè)備的設(shè)計更加簡潔，性能更加出色 。

4.2 射頻架構(gòu)低損耗

在移動設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備廣泛普及的今天，降低射頻收發(fā)信機(jī)的功耗已成為當(dāng)務(wù)之急 。為了滿足這些設(shè)備對電池續(xù)航能力的嚴(yán)格要求，研究人員正在不斷探索新的電路設(shè)計和技術(shù)，以降低收發(fā)信機(jī)在工作過程中的能耗 。例如，采用動態(tài)電源管理技術(shù)，根據(jù)收發(fā)信機(jī)的工作狀態(tài)實時調(diào)整電源供應(yīng)，在空閑狀態(tài)下降低功耗；開發(fā)新型的低功耗射頻器件和電路架構(gòu)，提高能量轉(zhuǎn)換效率；利用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，優(yōu)化收發(fā)信機(jī)的工作模式，進(jìn)一步降低功耗 。這些技術(shù)的應(yīng)用將有助于延長設(shè)備的續(xù)航時間，提升用戶體驗 。

4.3 高性能

隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，對射頻收發(fā)信機(jī)的性能要求也越來越高 。未來，射頻收發(fā)信機(jī)將追求更高的靈敏度，以便能夠捕捉到更微弱的信號，實現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的通信；更大的動態(tài)范圍，以適應(yīng)不同強(qiáng)度的信號輸入，保證信號的準(zhǔn)確性和完整性；更好的選擇性，有效抑制干擾信號，提高通信質(zhì)量 。此外，還將注重提高射頻收發(fā)信機(jī)的線性度、噪聲性能和抗干擾能力等關(guān)鍵指標(biāo)，以滿足 5G、6G 等新一代通信技術(shù)對高速率、低延遲、大容量通信的需求 。例如，在 5G 通信中，射頻收發(fā)信機(jī)需要具備更高的線性度和抗干擾能力，以支持大規(guī)模 MIMO 技術(shù)和高頻段通信 。

4.4 多頻段與寬帶化

為了適應(yīng)不同通信標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用場景的需求，射頻收發(fā)信機(jī)需要具備支持多頻段通信的能力 。未來的射頻收發(fā)信機(jī)將能夠在多個頻段之間靈活切換，實現(xiàn)不同頻段信號的接收和發(fā)送，滿足用戶在不同環(huán)境下的通信需求 。同時，隨著無線通信對數(shù)據(jù)傳輸速率和帶寬要求的不斷提高，射頻收發(fā)信機(jī)也將朝著寬帶化的方向發(fā)展，能夠處理更寬頻帶的信號，提高通信系統(tǒng)的傳輸效率和容量 。例如，在未來的 6G 通信中，可能需要射頻收發(fā)信機(jī)支持更寬的頻段和更高的帶寬，以實現(xiàn)更高速的數(shù)據(jù)傳輸和更豐富的應(yīng)用服務(wù) 。

總結(jié)

射頻收發(fā)信機(jī)架構(gòu)作為無線通信領(lǐng)域的核心技術(shù)，其重要性不言而喻。從經(jīng)典的超外差架構(gòu)到創(chuàng)新的射頻直采架構(gòu)，每一種架構(gòu)都承載著無線通信技術(shù)發(fā)展的印記，滿足了不同時代、不同應(yīng)用場景的需求 。

在未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用需求的持續(xù)增長，射頻收發(fā)信機(jī)架構(gòu)必將迎來更多的創(chuàng)新和突破，為無線通信的發(fā)展注入新的活力 。

希望今天的分享能讓大家對射頻收發(fā)信機(jī)架構(gòu)有更深入的了解。如果你在學(xué)習(xí)或工作中與射頻收發(fā)信機(jī)架構(gòu)有過有趣的故事，或者對某種架構(gòu)有獨特的見解，歡迎在留言區(qū)分享，讓我們一起交流探討，共同進(jìn)步 ！如果你還有其他想了解的射頻技術(shù)相關(guān)話題，也可以告訴我們，說不定下一篇文章就會為你揭曉答案 。

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