【物联网通信技术】——射频发射

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概述

射频技术在物联网及我们的生活中必不可少的一种技术,既然发射无线电波,则需要发射机,这种电子设备,用于产生无线电波,以便借助天线传输或发送数据。发射器能够产生射频交流电,然后施加到天线上,天线再以无线电波的形式辐射出去。根据使用的标准和设备类型,有许多类型的变送器;例如,许多具有通信能力的现代设备具有诸如Wi-Fi、蓝牙、NFC和蜂窝之类的发射器。

全球观测系统
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射频调制方式

如果只是发送一个射频信号是没有意义的,需要在发射的过程中将信息发布出去,从而在接收端可以解调将信息收取下来,从而达到信息互通的目的。

为什么不干脆直接用输入信号呢?那么为什么不直接用呢?为什么需要载波和调制?

因为很低频率的电磁波可以携带输入信号(没有载波)。然而,问题是,这将需要相当大的放大,以传输那些非常低的频率。输入信号本身功率不大,需要相当大的天线来传输信息。为了保持通信便宜和方便,并且需要较少的功率来携带尽可能多的信息,使用具有调制载波的载波系统。

射频调制流程图
射频调制流程图
射频调制
射频调制

模拟信号–数字信号

射频调制又分为模拟调制和数字调制两个大类。

  1. 模拟调制接收模拟信号,而数字调制接收数字信号。
  2. 模拟调制比数字调制实现起来更便宜。
  3. 模拟调制有一个有效值范围,而数字调制只有两个。
  4. 数字调制比模拟调制产生更精确的输出。
数字信号与模拟信号的对比

射频调制方式

几种射频调制方式
几种射频调制方式
  • 调幅 (AM)使基带信号改变载波的幅度或高度,以创建所需的信息内容。
  • 调幅 (AM)使基带信号改变载波的幅度或高度,以创建所需的信息内容。
  • 调频 (FM)使正弦波载波的瞬时频率偏离中心频率,偏离量与调制信号的瞬时值成正比。
  • 幅移键控 (ASK)通过改变传输信号的幅度来传输数据。
  • 频移键控 (FSK)是一种使用两个或多个输出频率的数字调制方案。
  • 移相键控 (PSK ) 是一种数字调制方案,其中传输信号的相位根据基带数据信号而变化。
射频调制方式
射频调制方式

射频名称解释

射频滤波器(RF Filter

要过滤掉进入无线电频谱的无用信号,滤波器是必不可少的。它们可以与各种电子设备结合使用,然而,它最重要的用途是在射频领域。RF滤波器可以滤除噪声或降低可能影响任何通信系统质量或性能的外部信号干扰。低通滤波器(LPF)允许低于某一特定频率的频率通过;高通滤波器(HPF)则是允许高于某一特定频率的频率通过;带通滤波器(BPF)允许在两个频率之间的频率通过;带阻滤波器(NOT)则拒绝让在两个频率之间的频率通过,并同时让所有其他频率通过。下图是简单示例。

滤波器的功能
滤波器的功能

射频混频器(Mixer)

射频混频器器件用于射频收发机的上变频和下变频模块。混频器用于改变电磁信号的频率,同时保留初始信号的所有其他特征(如相位和振幅)。RF混频器是一个三端口器件。这三个端口通常表示为射频(RF)、中频(IF)和本地振荡器(LO)。RF和IF端口是双向端口。

RF混频器有3个端口RF、IF和LO。它有两个输入端口和一个输出端口。
对于上变频,IF和LO =输入;RF =输出。
对于下变频,RF和LO =输入;IF =输出。

混频方式

注意:混合这两种频率会产生无用信号,称为镜像频率。因此,带通滤波器需要放在混频器之前和之后。

功率放大器(Power Amplifier)

将低功率信号转换成高功率信号,两个常见的例子是音频放大器,用于驱动扬声器和耳机,以及RF功率放大器,如发射机末级中使用的放大器。因此在射频里面也需要功率放大器将信号的功率提高。

放大器是一种把小的输入信号(能量)变成大的输出信号(能量)的装置。这意味着放大器为输入信号提供了大量的能量。那么放大器从哪里获得能量呢?它由外部能源提供,标记为“Vdd ”,如下所示。如果是你的手机,这个Vdd就是连接到电池上,在一个大系统中基站,这部分最终会连上连接到外部电源线。

功率放大器公司
功率放大器
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