射頻和無線技術入門 射頻行為 2

2021-10-04 06:27:23 字數 2992 閱讀 1710

2.分貝

3.頻寬

4.寬頻和窄帶

5.環境中的射頻

6.匹配

電訊號以電流形式存在於發射機或接收機中,它沿著某些導體流動,在此過程中,會遇到很多不同的叫做器件或元件的物件。表面上,有數百種不同元器件存在,但所有元器件都可歸為有源和無源兩類。區別很簡單,需要供電裝置才能正常工作的叫有源器件,反之,叫無源器件。

所有器件(有源和無源)都或者顯示損耗特性,或者顯示增益特性。如果出來的訊號大於進去的訊號,表明該器件有增益,這樣的器件叫做放大器。所有放大器都是有源器件。

如果出來的訊號小於進去的訊號,表明該器件有損耗。任何訊號通過乙個器件表現出損耗現象時可稱為經歷衰減或被衰減。

有很多具有損耗的器件,一些是有源的,一些是無源的。當乙個大的射頻訊號進去,變成乙個小的射頻訊號出來,那麼剩下的部分訊號轉換為熱能。表現出損耗現象的器件將變暖,損耗越多,就越熱,甚至熔化。通過乙個無源器件所經歷的損耗為插入損耗。

發射機所發射的訊號可能會是達到接收機訊號的十億倍,乘或除這麼大的乙個數字很難把握。所以可以用對數來表示。在射頻中,只需知道有關對數的兩樣東西。其一,對數是兩個值的比值;其二,該比值的單位為分貝(db)。定義如下:

10*lg(輸出功率/輸入功率)

正如上面所提及的,如果放大器的輸出訊號是輸入訊號的100倍,那麼該放大器的增益為100。或者使用上面介紹的公式,這個放大器的增益為20db。常用的兩種db轉換:

+3db指的是兩倍大(乘以2)

+10db指的是10倍大(乘以10)

-3db指的是減小到1/2(除以2)

-10db指的是減小到1/10(除以10)

db只能進行加或減,不能乘或除,簡單的分貝轉換:

如果訊號經歷的增益為4000(變大4000倍),那麼增益為多少db?

4000 = 10 * 10 * 10 * 2 * 2

4000 = 10db + 10db + 10db + 3db + 3db = 36db

4000增益等效於36db增益。

射頻的世界裡只處理db,所需要做的是,進行加加減減就足夠了。

頻寬是描述頻率範圍的方法,它等於器件或應用中最高頻率和最低頻率的差值,所以需要兩個頻率值來定義頻寬。例如,如果乙個器件能容納從75mhz到125mhz之間的所有頻率,那麼它的頻寬就是50mhz。有時頻寬也用百分比來表示,它等於實際頻寬除以上下頻率的平均值。工作在75mhz到125mhz的裝置有50%的頻寬,計算結果有

(125mhz-75mhz)/((125mhz+75mhz)/2)*100% = 50%

頻寬和資料承載能力(資料速率)有直接關係。無線系統的頻寬越寬(即頻率範圍越大)。在一定時間內所承載的資料就越多,所以資料速率就越高。

倍頻和十倍頻

頻寬的另外兩個術語就是:倍頻和十倍頻。倍頻和十倍頻**於對數演算法,其中倍頻指2倍大,十倍頻指10倍大。如果器件的上邊頻是下邊頻的2倍大,那麼器件具有倍頻頻寬。例如,器件工作在100mhz到200mhz之間就具有倍頻頻寬。

射頻器件都可以歸為兩類:窄帶(窄的頻寬)或寬頻(寬的頻寬)。窄帶和寬頻的區別沒有嚴格規定,一般裝置頻寬小於50%就是窄帶,大於50%就是寬頻。器件的頻寬越寬,所容納的頻率越多,但是它的成本就越高,操作效能就越差,插入損耗就越多。設計射頻電路時,在容納所有要求的頻率的情況下,要盡量使用頻寬最窄的器件。設計正好容納需要的頻率範圍,不要包含更多的頻率。

射頻訊號不是存在於導體中,就是以波的形式存在於空氣中。當射頻訊號存在於導體,即任何金屬上時,它只是掛在金屬物體表面。射頻訊號所呈現的這種行為稱為趨膚效應。

一旦射頻訊號逃離導體邊界,飛翔在空氣中,它們將經受所謂的自由空間損耗。接收機離發射機越遠,所接收到的訊號就越小,原因就是自由空間損耗。當離發射機越來越遠時,接收到射頻能力就越來越少,該值的單位是瓦特每平方公尺,稱為功率密度。功率密度是空氣中傳播的訊號強度的度量,射頻領域內會經常用到它。

如果自由空間損耗值不大,幾乎射頻訊號在空氣中傳播所遇到的任何東西,都會使射頻訊號傳送一定形式的變化。這種變化歸為兩種:變小或者改變傳播方向。

射頻所遇到的大部分事物都是使射頻訊號變得更小。包括空氣,雨,玻璃等障礙物,這些事物所表現出來的插入損耗稱為吸收。吸收正好解釋了微波爐是如何工作的。微波爐內輻射水容易吸收的某個頻率的射頻訊號。當射頻訊號遇到水時,訊號變得越來越小,水就變得越來越熱。這就是為什麼沒有水的東西在微波爐裡無法變熱的原因。

不是所有東西遇到射頻波後都要吸收射頻能量。有些東西遇到射頻後改變射頻訊號的方向,這種方向的改變稱為反射。大致上,射頻訊號會以遇到物體時相同的角度反射回去。

很多物體至少會將部分射頻訊號反射。反射值與兩個因素有關:射頻頻率和物體的材料。有些材料只是以一定程度反射射頻訊號,如混凝土。而其他材料會發生完全反射,如金屬。

當射頻訊號遇到材料時,射頻能量或者被完全吸收(如水),或者被部分吸收部分反射(如混凝土),或者完全被反射(如金屬)。

vswr是描述匹配情況的數字度量,匹配越好,洩漏越小。

vswr

含義1.0:1

完美匹配,沒有洩漏的軟管,不可能製成

1.4:1

優良匹配,很小洩漏,通常作為設計目標

2.0:1

良好匹配,可接受的洩漏量

10:1

可怕的匹配

無窮大:1

有乙個直接的公式可以將vswr換算成db,vswr越大,回波損耗越小。

vswr

回波損耗

1.0:1

無窮大1.4:1

15.6

2.1:1

9.510:1

1.7無窮大:1

0當射頻能量開始沿著來時的方向返回時,稱為放射。由於沒有完美匹配,經常會有一些射頻訊號被反射。通常,被反射的射頻能量很小而不被注意。在匹配很差的情況下,大部分射頻能量被反射,傳送射頻能量的裝置會**,通常這種很差的匹配會被發現。

在射頻電路設計中經常會遇到不得不連線兩個匹配很差的東西(乙個導體和器件)。例如,導體可能大小(阻抗)很適合(50歐姆),但是它所連線的器件阻抗為100歐姆。這種連線將導致匹配很差,大量功率被反射,電路也不能很好地工作。可將阻抗匹配電路50歐姆阻抗變成100歐姆阻抗,這樣就可以很好匹配。阻抗匹配電路有很多種,但他們的目的相同:將某些射頻器件的阻抗變為50歐姆。

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