射頻工程師必備測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)！

當(dāng)前，基于射頻原理的無(wú)線通信產(chǎn)品俯拾即是，其數(shù)量的增長(zhǎng)速度也非常驚人。

從蜂窩電話和無(wú)線PDA，到支持WiFi的筆記本電腦、藍(lán)牙耳機(jī)、射頻身份標(biāo)簽、無(wú)線醫(yī)療設(shè)備和Zigbee傳感器，射頻設(shè)備的市場(chǎng)規(guī)模在飛速擴(kuò)大。 要想進(jìn)行全面的生產(chǎn)測(cè)試并提高測(cè)試產(chǎn)能，測(cè)試工程師們必須要理解射頻基本原理，清楚測(cè)試的內(nèi)容，并懂得選用最適合 的儀器完成這些測(cè)試工作。

問(wèn)題是，大多數(shù)從事低頻應(yīng)用（工作頻率在1MHz以下）的工程師不太熟悉高頻的應(yīng)用特點(diǎn)。

射頻術(shù)語(yǔ)：您必須掌握的“工作語(yǔ)言”忘掉電壓，射頻工程師常用功率

射頻信號(hào)的強(qiáng)度千差萬(wàn)別。隨著信號(hào)在自由空間的傳播，單位功率將隨著距離的平方成比例降低，功率的變化常用分貝（dB）來(lái)表示。 采用分貝進(jìn)行功率測(cè)量也大大簡(jiǎn)化了計(jì)算過(guò)程。增益和損耗都按分貝為單位進(jìn)行加減。因此，乘法操作簡(jiǎn)化為加法操作。dB的形式化定義為：

dB = 10 log (Pout/Pin)

分貝dB是一個(gè)相對(duì)的值。另一個(gè)相關(guān)的單位是毫瓦分貝dBm，它是相對(duì)于1mW的絕對(duì)功率。

圖1給出了dBm的值及其相應(yīng)的瓦特?cái)?shù)，其中還給出了移動(dòng)電話的發(fā)射機(jī)發(fā)射功率參考范圍，以及靈敏接收機(jī)所能檢測(cè)到的最低信號(hào)功率。

圖2給出的等式定義了室溫下射頻信號(hào)的理論熱噪聲。由于射頻信號(hào)通過(guò)空氣的傳輸以及受到大氣干擾和其它信號(hào)的干擾，到達(dá)接收機(jī)端的信號(hào)電平可能變得非常低。

接收機(jī)常常需要檢測(cè)低于0.1pW的信號(hào)（或者低于微伏的信號(hào)電平）。 Noise Floor：本底噪聲

常見(jiàn)問(wèn)題不再是輸入阻抗，而是傳輸線的阻抗失配

在低頻情況下，我們?cè)陔娐飞蟼鬏旊妷旱哪繕?biāo)是實(shí)現(xiàn)最小的衰減幅度。其中，最有效的電路是輸入阻抗高而輸出阻抗低的電路。

對(duì)于射頻應(yīng)用，線纜的長(zhǎng)度可能只有波長(zhǎng)的四分之一，我們必須把信號(hào)傳輸當(dāng)成波來(lái)理解。如果波受到阻斷，部分波信號(hào)就會(huì)發(fā)生反射。

射頻傳輸?shù)哪繕?biāo)就是無(wú)損耗地將所有的功率傳給負(fù)載。任何功率的反射就意味著傳給負(fù)載功率的損失。

因此，失配是一個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)。電路元件和傳輸線之間的任何阻抗差異都會(huì)引起反射和功率損耗。

在射頻應(yīng)用中，傳輸線一般都采用同軸電纜，它們相對(duì)于電路板和電路板內(nèi)的微帶線路而言都是外部組件。這些組件具有自己的特征阻抗。

傳輸線的特征阻抗取決于導(dǎo)線的幾何結(jié)構(gòu)、導(dǎo)線的屬性以及包裹或隔離導(dǎo)線的絕緣體。對(duì)于射頻應(yīng)用來(lái)說(shuō)，傳輸線的特征阻抗以及各組件的輸入和輸出阻抗通常采用50歐姆或75歐姆。

50歐姆的阻抗用于優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)的功率傳輸，而75歐姆的阻抗用于實(shí)現(xiàn)最小的衰減，例如有線電視網(wǎng)系統(tǒng)。大部分射頻無(wú)線傳輸系統(tǒng)都是針對(duì)功率傳輸而進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化的，因此特征阻抗都是50歐姆。 為了盡量減少反射，無(wú)線測(cè)試與測(cè)量應(yīng)用中的射頻線纜和組件都是基于50歐姆特征阻抗而設(shè)計(jì)的。相反，當(dāng)阻抗匹配時(shí)，就實(shí)現(xiàn)了最佳的功率傳輸。 如果某個(gè)信號(hào)波從一種特征阻抗傳輸?shù)搅硪环N不同的特征阻抗，那么就會(huì)引起信號(hào)反射和反向傳輸。

如果阻抗相同，就不會(huì)發(fā)生反射。當(dāng)由于阻抗不連續(xù)而發(fā)生信號(hào)反射時(shí)，就會(huì)在傳輸線的兩個(gè)方向上出現(xiàn)信號(hào)波的傳輸。

在這兩個(gè)波相位相同的點(diǎn)上，將出現(xiàn)最大的電壓幅值Vmax；在它們相位相差180度的點(diǎn)上，將出現(xiàn)Vmin。

Vmax和Vmin的比值稱為電壓駐波比，即VSWR。VSWR是衡量某個(gè)連接器或某條線纜的阻抗是否接近50歐姆的一個(gè)指標(biāo)。

圖3給出了理想情況下全匹配（沒(méi)有反射）、理想開(kāi)路（100%反射），以及極端情況下這三個(gè)值之間的關(guān)系。

Return Loss：回波損耗 Reflected Power：反射功率

熟悉掌握新型的連接器、線纜和元件

帶BNC連接器的電纜通常在500MHz以上就開(kāi)始衰減。在射頻領(lǐng)域，電纜通常配備N型連接器和SMA連接器。

N型連接器常用在測(cè)試儀器上，因?yàn)樗鼈兎浅Ｄ陀?，可以處理高功率，能夠很好地工作在高達(dá)18GHz的頻率下。SMA連接器比N型連接器小得多，比N連接器的功率更低，但是可以很好地用于18GHz以上的頻率下。 所有的射頻電纜都是同軸的。同軸射頻電纜可以是不可彎曲的（即剛性的）、可彎曲一定程度的（即半剛性的），或者可彎曲的。

對(duì)于射頻而言，我們要比低頻情況下更小心地對(duì)待電纜。過(guò)分的彎曲電纜以及明顯的90度折彎都會(huì)損壞電纜，嚴(yán)重地降低傳輸性能。 在低頻情況下，良好的連接就是指導(dǎo)線之間要相互接觸（簡(jiǎn)單的連續(xù)性）。而在射頻情況下，阻抗失配是很嚴(yán)重的問(wèn)題，意味著良好的連接不僅要確保導(dǎo)線相互接觸，而且要

求連接器也要正確的扭轉(zhuǎn)在一起。因此，射頻制造商常采用7英尺磅大小的扭矩，以確保連接器之間具有很好的接觸和最小的電阻（射頻術(shù)語(yǔ)稱為插入損耗）。