射频收发机发展史

什么是射频收发机呢？

其英文是RF Transceiver，Transceiver一词是Transmitter（发射机）与Receiver（接收机）的合成词，由此看出，射频收发机是一种集成了射频收发功能的设备，用于在无线通信系统中实现信号的接收和发送。

下图为射频收发机的系统构成，包括射频前端、射频收发和数字基带处理。

射频收发机的接收链路是将天线接收到的射频信号经过滤波、放大、下变频至中频或零中频，然后通过ADC采样实现模数转换，再将数字信号送基带处理；其发射链路和接收相反，先将数字基带信号通过DAC数模转换至中频或零中频，然后经过上变频、放大、滤波，再通过天线将射频信号以无线电波方式发射出去。

射频收发机是无线通信中的基础模块，是手机、卫星通信、雷达等无线通信设备中必要的构成部件。在所有的无线通信设备中，都有射频收发机的身影。

No.1 射频收发机的起源和发展

射频收发机通信技术的起源可以追溯到19世纪末，意大利科学家伽利尔摩·马可尼（Guglielmo Marconi）是无线通信技术的先驱之一。

图一：伽利尔摩·马可尼

1895年，他成功实现了无线电波的传输，并在随后的几年中不断改进技术，最终于1901年，马可尼成功完成了第一次跨大西洋的无线电信号传输，开启了无线通信技术的新篇章。

马可尼以其在无线电报技术上的贡献获得了1909年的诺贝尔物理学奖。

无线电报技术在1912年4月15日泰坦尼克号沉没事件中发挥了关键作用，帮助促成了部分乘客和船员的生还，并协助了救援工作的展开。这次事件让公众看到了无线电报技术的价值，推动了相关通信技术的发展和完善。   

随着电子管的发明和晶体管的诞生，射频收发机的设计和应用得到了极大的拓展。

1918年左右，埃德温·霍华德·阿姆斯特朗（Edwin Howard Armstrong）发明了超外差接收机架构（Super-Heterodyne)，成为后来射频收发机设计的重要基石。

图二：阿姆斯特朗发明的早期可携带式收音机

二战期间，射频收发机技术取得了重大突破，尤其是在无线通信和雷达技术方面。盟军和轴心国都广泛使用了雷达技术来探测敌方飞机和舰船。此外，无线通信在战场上的应用变得至关重要，从基本的步兵通信到高级的战术协调，射频收发机都是不可或缺的部分。二战后，许多军用射频技术转向民用市场，推动了无线电技术的发展。例如，战后收音机的快速普及，很大程度上得益于战时射频技术的成熟。

进入20世纪后半叶，随着半导体技术和集成电路的发展，射频收发机开始实现小型化、集成化。1973年4月3日，马丁·库帕（Martin Lawrence Cooper）打通的第一个商用无线电话标志着真正意义上现代移动通信的开始。公众对手机（当时叫做无线电话）的移动性和便携性的需求推动了射频收发机技术的进一步创新。

图三：库帕和早期的移动电话

No.2  射频收发机的国产化进程
GSM、CDMA、LTE和5G等移动通信标准的出现，推动了射频收发机技术的进步。同时，NB-IOT、LoRa等低功耗广覆盖物联网通信技术以及WiFi、蓝牙、星闪、Zigbee等短距离无线通信技术的出现，也大大丰富了射频收发机的应用范围。

在这些标准制式的终端应用中，射频收发机往往和基带芯片一起出现，包括电源管理芯片，他们要么以行业内通称的“套片”形式出现，要么被集成到一颗芯片上。

我们耳熟能详的高通、联发科、海思、展锐等平台公司通常都有自带的射频收发机芯片，但这些芯片都是平台公司自己使用，不会单独出售。

但在基站领域，以及一些非标准制式的应用领域，往往需要用到单独的射频收发机。在独立的射频收发机领域，ADI和TI几乎占据了基站市场90%以上的份额，ADI公司在2013年左右推出的AD936X系列零中频架构SDR芯片成为经典之作，历经11年，依然生命力旺盛。

直到最近才开始受到国内射频收发机厂商（如：北京奕斯伟的ECR866X系列，杭州地芯科技的GC080X系列）的挑战。

国外做射频收发机的除了ADI、TI之外，还包括美国的MaxLinear，英国的Lime Microsystem，瑞士的ACP，荷兰的NXP，目前国内能够看到的主要有ADI、TI、MaxLinear、ACP（主要是搭载宸芯基带芯片）这几家产品。

可以说在2018年之前，国内看不到高集成度的射频收发机芯片。杭州城芯科技推出的CX9261是第一款国产的高集成度射频收发机芯片，其主要供给军工市场，没有在民用公开市场看到规模化应用。

在2018年之后，国内陆续出现了一些做射频收发机芯片的公司，除前面提到过的北京奕斯伟（原广州全盛威被奕斯伟收购）、杭州地芯科技，还包括北京力通，南京齐芯（原Aviacomm），以及上海韬润等国产厂商。

目前国内市场上可以看到在批量出货的主要是北京奕斯伟、杭州地芯科技、杭州城芯科技的产品。因为目前还是国外厂商几乎垄断市场的局面，国内厂商作为新进者，如能发挥国内市场优势，快速响应和快速产品迭代，未来发展还是非常可期的。

下图为地芯科技风行系列射频收发机Transceiver型号列表，其核心优势为全国产、超低功耗(<1200mW @2T2R TDD NR100MHz)、超宽频、超宽带和高性能。

No.3 小结

射频收发机作为现代通信技术的核心，其发展经历了从最初的简单无线电报到现代复杂的数字通信系统的转变。随着移动通信和互联网的快速发展，射频收发机在设计和功能上都发生了巨大变化。

相信随着需要和技术的演进，射频收发机会继续朝着更低功耗，更优性能，更低成本，更小尺寸的方向持续迭代。            

参考文献：

[1].Qizheng Gu, “RF System Design of Transceivers for Wireless Communications”, Springer , 2005

[2].Gabriele Falciasecca;Barbara Valotti, “Guglielmo Marconi: The pioneer of wireless communications” 2009 European Microwave Conference

[3].Gabriele Falciasecca, “Marconi's Early Experiments in Wireless Telegraphy, 1895”, IEEE Antennas and Propagation Magazine, Year: 2010 | Volume: 52, Issue: 6  

[4].Steve Maas , “Armstrong and the Superheterodyne: A Historical Look at the Mixer”, IEEE Microwave Magazine，Year: 2013 | Volume: 14, Issue: 6 

[5].https://baike.baidu.com/item/%E9%A9%AC%E4%B8%81%C2%B7%E5%BA%93%E5%B8%95/3066905?fr=ge_ala 

[6].Wyatt Taylor, David Brown, ‘RF Transceivers Provide Breakthrough SWaP Solutions for Aerospace and Defense’, Analog Dialogue 50-09, September 2016 

[7].Lawrence Lessing, “Looking back [Man of High Fidelity: Edwin Howard Armstrong] ”, IEEE POTENTIALS, Year: 1984 | Volume: 3, Issue: 3 

[8].https://www.geochipinc.com/product/42/ [9].https://www.eswincomputing.com/products/index/35/8.html [10].http://cxsemi.cn/product/detail?id=94