面向非射頻測試工程師的射頻測量技術(shù)基礎

　　引言

　　當前，基于射頻原理的無(wú)線(xiàn)通信產(chǎn)品俯拾即是，其數量的增長(cháng)速度也非常驚人。從蜂窩電話(huà)和無(wú)線(xiàn)PDA，到支持WiFi的筆記本電腦、藍牙耳機、射頻身份標簽、無(wú)線(xiàn)醫療設備和ZigBee傳感器，射頻設備的市場(chǎng)規模在飛速擴大。僅從今年來(lái)看，全球制造并銷(xiāo)售的蜂窩電話(huà)將高達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，清楚測試的內容，并懂得選用最適合 的儀器完成這些測試工作。問(wèn)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(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

　　射頻信號的強度千差萬(wàn)別。隨著(zhù)信號在自由空間的傳播，單位功率將隨著(zhù)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)行功率測量也大大簡(jiǎn)化了計算過(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)相對的值。另一個(gè)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的值及其相應的瓦特數，其中還給出了移動(dòng)電話(huà)的發(fā)射機發(fā)射功率參考范圍，以及靈敏接收機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(guò)空氣的傳輸以及受到大氣干擾和其它信號的干擾，到達接收機端的信號電平可能變得非常低。接收機常常需要檢測低于0.1pW的信號（或者低于微伏的信號電平）。

　　Noise Floor：本底噪聲

　　常見(jiàn)問(wèn)題不再是輸入阻抗，而是傳輸線(xiàn)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(shí)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。對于射頻應用，線(xiàn)纜的長(cháng)度可能只有波長(cháng)的四分之一，我們必須把信號傳輸當成波來(lái)理解。如果波受到阻斷，部分波信號就會(huì )發(fā)生反射。射頻傳輸的目標就是無(wú)損耗地將所有的功率傳給負載。任何功率的反射就意味著(zhù)傳給負載功率的損失。因此，失配是一個(gè)關(guān)鍵的參數。電路元件和傳輸線(xiàn)之間的任何阻抗差異都會(huì )引起反射和功率損耗。

　　在射頻應用中，傳輸線(xiàn)一般都采用同軸電纜，它們相對于電路板和電路板內的微帶線(xiàn)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(xiàn)的特征阻抗取決于導線(xiàn)的幾何結構、導線(xiàn)的屬性以及包裹或隔離導線(xiàn)的絕緣體。對于射頻應用來(lái)說(shuō)，傳輸線(xiàn)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)化系統內的功率傳輸，而75歐姆的阻抗用于實(shí)現最小的衰減，例如有線(xiàn)電視網(wǎng)系統。大部分射頻無(wú)線(xiàn)傳輸系統都是針對功率傳輸而進(jìn)行設計優(yōu)化的，因此特征阻抗都是50歐姆。

　　為了盡量減少反射，無(wú)線(xiàn)測試與測量應用中的射頻線(xiàn)纜和組件都是基于50歐姆特征阻抗而設計的。相反，當阻抗匹配時(shí)，就實(shí)現了最佳的功率傳輸。