面向非射频测试工程师的射频测量技术基础

2012-09-07 09:45:26来源: 21ic

  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。

  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。

  为了尽量减少反射,无线测试与测量应用中的射频线缆和组件都是基于50欧姆特征阻抗而设计的。相反,当阻抗匹配时,就实现了最佳的功率传输。

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关键字:射频测量  无线通信  常用功率

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0907/article_5858.html
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