概述
射頻微波是指頻率范圍為300kHz到超過100GHz的電磁波。射頻(RF)與微波的頻率界限比較模糊,并且隨著器件技術和設計方法的進步還有所變化,比較通行的一種說法是射頻頻率范圍的低端為300kHz,高端為300MHz~1GHz;微波的頻率范圍的低端為300MHz~1GHz,高端至少為100GHz。
射頻微波技術是無線通信系統的核心技術之一。任何一種無線通信系統不論基站也好,移動終端也好都包含一個射頻子系統,其組成如圖1所示:

圖1 RF射頻子系統組成框圖
由圖可見,一個射頻子系統通常包含天線、收發天線共用、低噪聲放大器(LNA)、收信機(RX)、發信機(TX)、功率放大器(PA)和頻率合成器(PLL)共七個部分。對于FDD系統利用雙工器來完成收發天線共用,對于TDD系統則是利用RF收發開關來完成收發天線共用。
收發天線共用器選型
概述
在現代無線通信系統中, 由于技術、成本、場地條件等多個因素的限制,為減少天線的數量,減小架設難度,基站一般都是采用收發天線共用,這就需要由收發天線共用器來實現。
基本原理:
1.1 天線共用器分類:
按照收發信機的頻率規劃,以及雙工方式的區別,天線共用器可以分為以下幾種類型:
- 同頻雙工收發天線共用器選型
概述
在現代無線通信系統中, 由于技術、成本、場地條件等多個因素的限制,為減少天線的數量,減小架設難度,基站一般都是采用收發天線共用,這就需要由收發天線共用器來實現。
基本原理:
1.1 天線共用器分類:
按照收發信機的頻率規劃,以及雙工方式的區別,天線共用器可以分為以下幾種類型:
- 同頻雙工

在這種情形下,TX和RX同時工作于同一工作頻帶內,只能通過類似環行器這樣的鐵氧體器件的單向傳輸特性來實現TX/RX的隔離,實現天線共用。這一類天線共用器稱為環行器型天線共用器。
- 雙頻雙工

在這種情形下,TX和RX分別工作于具有一定頻率分隔的頻帶內,采用兩個濾波器分別調諧在相應的頻帶內,采用Y結形式共用天線。這一類稱為濾波器型天線共用器,在實際使用中,通常也稱為雙工器。
-同頻半雙工

在這種情形中,TX和RX工作于同一頻帶,兩者之間的隔離通過開關切換來實現,通常都是SPDT的開關。這一類稱為開關型天線共用器,通常簡稱為收發天線開關。
以下是幾類天線共用器的比較

通訊系統中,GSM,CDMA,以及WCDMA都是采用收發頻分復用,相應地適用濾波器型天線復用器,即雙工器;而PHS,TDS-CDMA以及WLAN都是采用了收發時分復用,相應地適用開關型天線復用器,即收發天線開關。
1.2 雙工器基本原理
基站/移動臺雙工工作的時候,通過天線共用器,使同一副天線得以同時提供給收發信機使用,并且又互不影響。主要指的是發信對收信的影響,因為發信電平比收信電平高許多。影響主要體現在兩個方面:第一是發信電平不能通過雙工器泄入收信機。強大的發信功率可能使收信前端電路重者燒毀,輕者阻塞。因此,必須通過一系列抑制電路,將進入收信前端的電平抑制到阻塞電平以下。這可以通過設置高性能的收信

上圖為雙工器的原理示意圖。由于收發信濾波器在距公共天線1/4波長處,故能保證兩個濾波器互不影響,還能使發信信號只能輸入天線,而不能輸向收信機;收信信號只能由天線進入收信機,而無法進入發信機。由于收信濾波器工作在收信頻率上,收信頻率可由天線無衰減地進入收信機,但它對發信頻率起到短路作用。經過λT/4傳輸線后,從天線向此傳輸線看入的阻抗為無窮大,所以由發信機來的信號不能進入終端短路的λT/4傳輸線,只能傳向天線。同理,由天線送入的收信信號無法進入終端短路的λR/4傳輸線,只能傳向收信機。
1.2.1 雙工器種類
根據構成雙工器所使用的濾波器,可把雙工器分為以下幾類:
-帶通雙工器

如上圖的結構,可以通過對諧振腔的個數以及諧振腔的尺寸進行調整來增減RX/TX之間的隔離。這樣的雙工器在使得發射信號通過帶通濾波器的同時,發射機的噪聲和雜散也被帶通濾波器大大衰減,這樣有助于對共址的其他接收機的干擾。帶通型雙工器最適合于中等以及較寬的收發頻率間隔。如果兩個頻率相隔很近,需要外加陷波濾波器或者天線分離。
-帶阻雙工器

發射機信號直接通過濾波器發射到天線,但是發射機的載波和噪聲僅在接收支路的濾波器上得到衰減。這樣對于共址接收機來講,干擾的衰減是很有限的。帶阻型雙工器最適合于收發間隔非常接近的系統。
- 帶通/帶阻雙工器

這種雙工器結合了上述兩種雙工器的特點。
1.2.2 基站/移動臺雙工器的比較
基站以及配套用的直放站等設備,通常采用腔體濾波器構成的雙工器。同軸腔體濾波器采用耦合同軸腔結構,準橢圓函數方式實現,Q值高,具有較為理想的通帶特性和阻帶特性,過渡帶陡峭,寄生通帶遠,它能提供小的插損和高的濾波性能,功率容量大。機加工則采用數控銑床精密加工,表面處理采用鋁板鍍銀工藝。同時由于是同軸腔形式,性能指標和電磁兼容性是統一的。腔體密封好,電磁輻射也小,這是通過機加工精度和合適的螺釘數量來保證的。由于腔體基本上為一個整體,溫度特性亦較好。同時由于是微波無源部件,可靠性很高,MTBF應該大于200,000小時。
移動臺普遍采用了純粹收發信窄帶濾波器構成的雙工器,其采用了多級諧振器作為選頻器件,Q值較高,選頻特性較好。很多情況下都不采用原理圖示的λT/4,λR/4傳輸線,也能獲得高達60dB的隔離度,同時減少了傳輸損耗,對提高靈敏度有好處。高性能濾波器往往由介質諧振器,LC濾波器,SAW濾波器等構成。也構成了對應的介質雙工器,LC雙工器,SAW雙工器,以及由Agilent公司專利持有的薄膜體聲諧振器FBAR(利用壓電材料薄膜中激勵的體聲波(而不是表面聲波)做成的諧振器。它具有頻率高、體積小、效率高等優點,并且與半導體工藝兼容,容易與其它元器件集成)制作的雙工器等。