在物联网、5G通信和卫星导航等技术的推动下，无线传输电路已成为现代电子系统的组成部分。其设计涉及射频前端架构、匹配网络及链路预算分析三大关键环节，直接决定系统的传输距离、抗干扰能力和能效水平。本文从基础原理出发，系统阐述射频前端设计要点、天线匹配技术及链路预算计算方法，为工程师提供从理论到实践的完整指南。
　　一、射频前端设计：从信号接收到功率放大的全链路架构
　　射频前端是无线传输电路的物理层，承担信号滤波、放大、混频等关键功能。典型架构包含低噪声放大器(LNA)、混频器、(PA)及滤波器，其设计需平衡线性度、噪声系数与效率三大指标。
　　1. 低噪声放大器(LNA)设计
　　LNA位于接收链路前端，其噪声系数(NF)直接决定系统灵敏度。以2.4GHz ISM频段为例，采用Avago的MGA-635P8芯片(NF=0.8dB，增益18dB)时，系统噪声温度较使用普通放大器降低60%。设计要点包括：
　　输入匹配：采用共轭匹配网络，使源阻抗与LNA输入阻抗(通常50Ω)匹配，反射系数S11<-10dB。
　　偏置电路：需提供稳定的静态工作点，某设计通过PTAT电流源实现-40℃至+85℃温度范围内增益波动<0.5dB。
　　ESD保护：在LNA输入端并联，可将静电放电(ESD)耐受电压从2kV提升至8kV。
　　2. 功率放大器(PA)设计
　　PA决定发射链路的输出功率和效率。在LTE Cat.1模块中，采用Skyworks的SKY66112-11 PA(输出功率28dBm，效率38%)时，电池续航时间较传统方案延长40%。关键设计参数包括：
　　线性度优化：通过预失真技术将ACPR(邻道功率比)从-30dBc改善至-45dBc，满足3GPP标准。
　　负载牵引匹配：使用负载牵引系统确定PA的负载阻抗，某2.4GHz PA在匹配下PAE(功率附加效率)达45%。
　　热管理：采用QFN封装配合铜基板，使PA结温从125℃降至85℃，可靠性提升3倍。
　　3. 滤波器设计
　　滤波器用于抑制带外干扰，典型方案包括声表面波(SAW)滤波器和巴伦滤波器。在GPS L1频段(1575.42MHz)应用中，采用Murata的SAW滤波器(插入损耗1.5dB，带外抑制40dB@±20MHz)可有效抑制LTE频段干扰。设计时需注意：
　　群延迟特性：在WCDMA系统中，滤波器群延迟波动需控制在±2ns以内，避免信号失真。
　　温度补偿：采用温度系数相反的电感电容组合，使滤波器中心频率在-40℃至+85℃范围内偏移<0.5%。
　　二、天线匹配技术：从阻抗变换到辐射效率优化
　　天线匹配网络的目标是实现射频前端与自由空间的无损能量传输，其设计涉及阻抗变换、带宽扩展及多频段兼容三大挑战。
　　1. 阻抗匹配基础
　　天线输入阻抗通常为复数(如50+j10Ω)，需通过匹配网络转换为实数50Ω。典型方案包括：
　　L型匹配：适用于Q值较低的场景，某2.4GHz天线通过串联电感(3.3nH)和并联电容(2.2pF)实现S11<-15dB。
　　π型匹配：在GPS天线设计中，采用两级π型网络将阻抗从30+j20Ω变换至50Ω，回波损耗优于-20dB。
　　传输线变压器：在UHF频段(433MHz)应用中，使用1:4传输线变压器实现50Ω至200Ω的阻抗变换，插入损耗<0.3dB。
　　2. 宽带匹配技术
　　为覆盖多频段(如Wi-Fi 6E的2.4/5/6GHz)，需采用宽带匹配方案：
　　多节匹配网络：某三节匹配网络在2.4-6GHz频段内实现VSWR<2，插入损耗<0.5dB。
　　可重构匹配：通过开关电容阵列实现频段切换，某设计在2.4GHz和5GHz模式下分别达到98%和96%的辐射效率。
　　电磁带隙结构(EBG)：在PCB上集成EBG单元，可将天线带宽从5%扩展至15%，同时抑制表面波干扰。
　　3. 天线效率优化
　　天线效率(η)由辐射效率(ηr)和匹配效率(ηm)决定，优化方法包括：
　　接地设计：采用多层PCB的完整接地层，使天线辐射效率从75%提升至88%。
　　材料选择：使用低损耗基材(如Rogers 4350B，损耗角正切0.0037)，较FR4材料效率提高12%。
　　近场耦合抑制：在天线周围设置隔离槽，可将人体手握导致的效率下降从20%降至5%。
　　三、链路预算计算：从发射功率到接收灵敏度的全链路分析
　　链路预算通过量化信号传输过程中的增益与损耗，确定系统的传输距离和可靠性，其计算流程包含发射端、传输路径和接收端三大模块。
　　1. 发射端参数
　　输出功率(Ptx)：以LTE Cat.4模块为例，其输出功率为23dBm。
　　发射天线增益(Gtx)：全向天线增益为0dBi，定向天线可达8dBi。
　　损耗(Lcable)：1米RG58电缆在2.4GHz时损耗为0.5dB。
　　2. 传输路径损耗
　　自由空间路径损耗(FSPL)公式为：
　　FSPL(dB)=20log??(4πd/λ)
　　其中d为距离，λ为波长。在5GHz频段，100米距离的FSPL为80dB。考虑实际环境：
　　多径衰落：城市环境中，快衰落深度可达20dB。
　　障碍物损耗：混凝土墙穿透损耗为15dB/面，人体遮挡损耗为3dB。
　　3. 接收端参数
　　接收天线增益(Grx)：与发射端对称设计。
　　接收灵敏度(Prx_min)：由噪声系数(NF)和信噪比要求(SNR)决定。某Wi-Fi芯片在11Mbps速率下，Prx_min=-82dBm(NF=6dB，SNR=7dB)。
　　系统余量(Margin)：需预留6-10dB以应对环境变化。
　　4. 链路预算实例
　　以2.4GHz Wi-Fi系统为例：
　　发射端：Ptx=20dBm，Gtx=2dBi，Lcable=1dB → EIRP=21dBm
　　路径损耗：FSPL(100m)=80dB，墙体损耗=15dB → 总损耗=95dB
　　接收端：Grx=2dBi，Prx_min=-82dBm → 所需信号强度=-78dBm
　　链路余量：21dBm-95dB-(-78dBm)=4dB(需优化天线或降低速率)
　　四、设计实践与趋势展望
　　1. 集成化设计
　　采用射频前端模块(FEM)可减少PCB面积40%。如Skyworks的SE2567L FEM集成PA、LNA和开关，在802.11ac应用中使外围元件数量从15个降至3个。
　　2. 人工智能辅助设计
　　通过机器学习优化匹配网络，某设计将天线带宽从8%扩展至12%，同时降低设计周期从4周至1周。
　　3. 新材料应用
　　液晶聚合物(LCP)基材在毫米波频段(28/60GHz)的应用中，较PTFE材料损耗降低30%，支撑5G毫米波大规模部署。
　　无线传输电路的设计是电气参数、电磁场理论与系统工程的深度融合。从射频前端的噪声控制到天线匹配的宽带实现，再到链路预算的精准计算，每个环节都需建立量化模型与实验验证的闭环。随着6G、卫星互联网等技术的演进，无线传输电路正朝着高频化、集成化和智能化方向发展，工程师需持续更新设计方法论，以应对超宽带、低时延、高可靠的下一代通信需求。