面向非射頻測試工程師的射頻測量技術(shù)基礎(chǔ)

　　引言

　　當(dāng)前，基于射頻原理的無線通信產(chǎn)品俯拾即是，其數(shù)量的增長速度也非常驚人。從蜂窩電話和無線PDA，到支持WiFi的筆記本電腦、藍(lán)牙耳機(jī)、射頻身份標(biāo)簽、無線醫(yī)療設(shè)備和ZigBee傳感器，射頻設(shè)備的市場規(guī)模在飛速擴(kuò)大。僅從今年來看，全球制造并銷售的蜂窩電話將高達(dá)8.5億多只。

　　要想進(jìn)行全面的生產(chǎn)測試并提高測試產(chǎn)能，測試工程師們必須要理解射頻基本原理，清楚測試的內(nèi)容，并懂得選用最適合 的儀器完成這些測試工作。問題是，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。

　　射頻術(shù)語：您必須掌握的“工作語言”

　　忘掉電壓，射頻工程師常用功率

　　射頻信號的強度千差萬別。隨著信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。

　　采用分貝進(jìn)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(jìn)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是一個相對的值。另一個相關(guān)的單位是毫瓦分貝dBm，它是相對于1mW的絕對功率。圖1給出了dBm的值及其相應(yīng)的瓦特數(shù)，其中還給出了移動電話的發(fā)射機(jī)發(fā)射功率參考范圍，以及靈敏接收機(jī)所能檢測到的最低信號功率。圖2給出的等式定義了室溫下射頻信號的理論熱噪聲。由于射頻信號通過空氣的傳輸以及受到大氣干擾和其它信號的干擾，到達(dá)接收機(jī)端的信號電平可能變得非常低。接收機(jī)常常需要檢測低于0.1pW的信號（或者低于微伏的信號電平）。

　　Noise Floor：本底噪聲

　　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(biāo)是實現(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。對于射頻應(yīng)用，線纜的長度可能只有波長的四分之一，我們必須把信號傳輸當(dāng)成波來理解。如果波受到阻斷，部分波信號就會發(fā)生反射。射頻傳輸?shù)哪繕?biāo)就是無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。對于射頻應(yīng)用來說，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歐姆的阻抗用于實現(xiàn)最小的衰減，例如有線電視網(wǎng)系統(tǒng)。大部分射頻無線傳輸系統(tǒng)都是針對功率傳輸而進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化的，因此特征阻抗都是50歐姆。

　　為了盡量減少反射，無線測試與測量應(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)計的。相反，當(dāng)阻抗匹配時，就實現(xiàn)了最佳的功率傳輸。