射頻工程師必備測量技術基礎,面試的時候別說不會!

2021-09-29 15:57:56 字數 2359 閱讀 1609

當前,基於射頻原理的無線通訊產品俯拾即是,其數量的增長速度也非常驚人。

從蜂窩**和無線pda,到支援wifi的膝上型電腦、藍芽耳機、射頻身份標籤、無線醫療裝置和zigbee感測器,射頻裝置的市場規模在飛速擴大。

要想進行全面的生產測試並提高測試產能,測試工程師們必須要理解射頻基本原理,清楚測試的內容,並懂得選用最適合 的儀器完成這些測試工作。

問題是,大多數從事低頻應用(工作頻率在1mhz以下)的工程師不太熟悉高頻的應用特點。

射頻術語:您必須掌握的「工作語言」

忘掉電壓,射頻工程師常用功率

射頻訊號的強度千差萬別。隨著訊號在自由空間的傳播,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)來表示。

採用分貝進行功率測量也大大簡化了計算過程。增益和損耗都按分貝為單位進行加減。因此,乘法操作簡化為加法操作。db的形式化定義為:

db = 10 log (pout/pin)

分貝db是乙個相對的值。另乙個相關的單位是毫瓦分貝dbm,它是相對於1mw的絕對功率。

圖1給出了dbm的值及其相應的瓦特數,其中還給出了移動**的發射機發射功率參考範圍,以及靈敏接收機所能檢測到的最低訊號功率。

圖2給出的等式定義了室溫下射頻訊號的理論熱雜訊。由於射頻訊號通過空氣的傳輸以及受到大氣干擾和其它訊號的干擾,到達接收機端的訊號電平可能變得非常低。

接收機常常需要檢測低於0.1pw的訊號(或者低於微伏的訊號電平)。

noise floor:本底雜訊

常見問題不再是輸入阻抗,而是傳輸線的阻抗失配

在低頻情況下,我們在電路上傳輸電壓的目標是實現最小的衰減幅度。其中,最有效的電路是輸入阻抗高而輸出阻抗低的電路。

對於射頻應用,線纜的長度可能只有波長的四分之一,我們必須把訊號傳輸當成波來理解。如果波受到阻斷,部分波訊號就會發生反射。

射頻傳輸的目標就是無損耗地將所有的功率傳給負載。任何功率的反射就意味著傳給負載功率的損失。

因此,失配是乙個關鍵的引數。電路元件和傳輸線之間的任何阻抗差異都會引起反射和功率損耗。

在射頻應用中,傳輸線一般都採用同軸電纜,它們相對於電路板和電路板內的微帶線路而言都是外部元件。這些元件具有自己的特徵阻抗。

傳輸線的特徵阻抗取決於導線的幾何結構、導線的屬性以及包裹或隔離導線的絕緣體。對於射頻應用來說,傳輸線的特徵阻抗以及各元件的輸入和輸出阻抗通常採用50歐姆或75歐姆。

50歐姆的阻抗用於優化系統內的功率傳輸,而75歐姆的阻抗用於實現最小的衰減,例如有線電視網系統。大部分射頻無線傳輸系統都是針對功率傳輸而進行設計優化的,因此特徵阻抗都是50歐姆。

為了儘量減少反射,無線測試與測量應用中的射頻線纜和元件都是基於50歐姆特徵阻抗而設計的。相反,當阻抗匹配時,就實現了最佳的功率傳輸。

如果某個訊號波從一種特徵阻抗傳輸到另一種不同的特徵阻抗,那麼就會引起訊號反射和反向傳輸。

如果阻抗相同,就不會發生反射。當由於阻抗不連續而發生訊號反射時,就會在傳輸線的兩個方向上出現訊號波的傳輸。

在這兩個波相位相同的點上,將出現最大的電壓幅值vmax;在它們相位相差180度的點上,將出現vmin。

vmax和vmin的比值稱為電壓駐波比,即vswr。vswr是衡量某個聯結器或某條線纜的阻抗是否接近50歐姆的乙個指標。

圖3給出了理想情況下全匹配(沒有反射)、理想開路(100%反射),以及極端情況下這三個值之間的關係。

return loss:回波損耗 reflected power:反射功率

熟悉掌握新型的聯結器、線纜和元件

帶bnc聯結器的電纜通常在500mhz以上就開始衰減。在射頻領域,電纜通常配備n型聯結器和sma聯結器。

n型聯結器常用在測試儀器上,因為它們非常耐用,可以處理高功率,能夠很好地工作在高達18ghz的頻率下。sma聯結器比n型聯結器小得多,比n聯結器的功率更低,但是可以很好地用於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。

對於射頻而言,我們要比低頻情況下更小心地對待電纜。過分的彎曲電纜以及明顯的90度折彎都會損壞電纜,嚴重地降低傳輸效能。

在低頻情況下,良好的連線就是指導線之間要相互接觸(簡單的連續性)。而在射頻情況下,阻抗失配是很嚴重的問題,意味著良好的連線不僅要確保導線相互接觸,而且要

求聯結器也要正確的扭轉在一起。因此,射頻製造商常採用7英呎磅大小的扭矩,以確保聯結器之間具有很好的接觸和最小的電阻(射頻術語稱為插入損耗)。

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