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面向非专业的射频测量技术基础

2011-08-29 11:54
风频浪劲
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  引言

 

  当前,基于射频原理的无线通信产品俯拾即是,其数量的增长速度也非常惊人。从蜂窝电话和无线PDA,到支持WiFi的笔记本电脑、蓝牙耳机、射频身份标签、无线医疗设备和ZigBee传感器,射频设备的市场规模在飞速扩大。仅从今年来看,全球制造并销售的蜂窝电话将高达8.5亿多只。

  要想进行全面的生产测试并提高测试产能,测试工程师们必须要理解射频基本原理,清楚测试的内容,并懂得选用最适合 的仪器完成这些测试工作。问题是,大多数从事低频应用(工作频率在1MHz以下)的工程师不太熟悉高频的应用特点。

  射频术语:您必须掌握的“工作语言”

  忘掉电压,射频工程师常用功率

  射频信号的强度千差万别。随着信号在自由空间的传播,单位功率将随着距离的平方成比例降低,功率的变化常用分贝(dB)来表示。

  采用分贝进行功率测量也大大简化了计算过程。增益

  和损耗都按分贝为单位进行加减。因此,乘法操作简化为加法操作。dB的形式化定义为:

  dB = 10 log (Pout/Pin)

  分贝dB是一个相对的值。另一个相关的单位是毫瓦分贝dBm,它是相对于1mW的绝对功率。图1给出了dBm的值及其相应的瓦特数,其中还给出了移动电话的发射机发射功率参考范围,以及灵敏接收机所能检测到的最低信号功率。图2给出的等式定义了室温下射频信号的理论热噪声。由于射频信号通过空气的传输以及受到大气干扰和其它信号的干扰,到达接收机端的信号电平可能变得非常低。接收机常常需要检测低于0.1pW的信号(或者低于微伏的信号电平)。

  Noise Floor:本底噪声

 

  常见问题不再是输入阻抗,而是传输线的阻抗失配

 

  在低频情况下,我们在电路上传输电压的目标是实现最小的衰减幅度。其中,最有效的电路是输入阻抗高而输出阻抗低的电路。对于射频应用,线缆的长度可能只有波长的四分之一,我们必须把信号传输当成波来理解。如果波受到阻断,部分波信号就会发生反射。射频传输的目标就是无损耗地将所有的功率传给负载。任何功率的反射就意味着传给负载功率的损失。因此,失配是一个关键的参数。电路元件和传输线之间的任何阻抗差异都会引起反射和功率损耗。

 

 

  

 

  图1给出了dBm的值及其相应的瓦特数其中还给出了移动电话的发射机发射功率参考范围以及灵敏接收机所能检测到的最低信号功率

  图2给出的等式定义了室温下射频信号的理论热噪声

  在射频应用中,传输线一般都采用同轴电缆,它们相对于电路板和电路板内的微带线路而言都是外部组件。这些组件具有自己的特征阻抗。传输线的特征阻抗取决于导线的几何结构、导线的属性以及包裹或隔离导线的绝缘体。对于射频应用来说,传输线的特征阻抗以及各组件的输入和输出阻抗通常采用50欧姆或75欧姆。 50欧姆的阻抗用于优化系统内的功率传输,而75欧姆的阻抗用于实现最小的衰减,例如有线电视网系统。大部分射频无线传输系统都是针对功率传输而进行设计优化的,因此特征阻抗都是50欧姆。

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