RF测量

基于RF(射频)技术的大量无线产品正以惊人的速度增长。例如，每年生产的手机接近百万部。其他增长迅速的流行消费类产品包括无线因特网接入的PDA、WiFi使能的膝上型电脑、蓝牙耳机、RFID标签、无线医疗装置和ZigBee传感器。

为保证有好的产品，需要彻底有效地测量产品的设计和制造，所以，测试工程师需要了解RF技术，用什么仪器最合适。

　　RF技术

?RF是用功率而不是用电压量测RF信号强度。信号经空间传播，每个单位区域的功率随距离平方成正比减小，用dB量测功率的变化。

功率测量采用dB，极大地简化了计算。不像DC计算那样采用乘法或除法(如I×R=V)，计算功率的增益或损失用加或减(dB)计算dB，其定义为：

dB=10log(Pout/Pin)

dB值是相对量，换言之，它仅在相对某参考值中是有意义的。相关单位是dBm，它是相对1mw测量的 绝对功率。表1给出dBm和相对应的瓦值。此表所示功率传输范围可做为参考，表示一个灵敏的接收器可以探测多么小的信号。

表1 dBm值和相应瓦数

RF信号在室温下理论噪声底值(可以分辨的最小信号)定义为：

噪声功率=-174dBm+10log10(带宽/1Hz )

P ∞ KTB

200KHz带宽下噪声功率为-121dBm，1.23MHz带宽下噪声功率为-113dBm。

由于信号经空中传输而衰减，大气电磁干扰和其他RF信号的干扰，使得达到接收器的信号可能很低。对于接收器能探测低于0.1pW信号电平(相当于小于1?V信号电平)不是罕见的。

?阻抗失匹导致功耗

低频电路工作的目标是以最小的压降经电路传输电压。最有效的电路具有高输入阻抗和低输出阻抗。对于RF应用，缆线可以是1/4波长，必须如同波一样处理信号。任何时间波会遭受阻抗失匹，会引起波反射。

RF信号的目标是无损失的传输所有功率到负载。功率的任何反射都意味着部分功率不能达到负载。所以，失匹是一个关键参量。电路元件和传输线之间的任何阻抗差别，都会引起反射和功率损失。

RF应用中，传输线通常是外接电路板的同轴电缆和电路板上的微带。这种元件具有特性阻抗。传输线特性阻抗依赖于导体的外形尺寸、导体的性质和绝缘体保护或隔离导体。

对于RF应用，传输线特性阻抗和元件输入、输出阻抗设计为50?或75?。用50?。用50?可使系统中功率传输最佳化，这是因为该值接近于同轴传输线最大功率处理能力的30?，而设计75?系统是为使衰减(即每单位距离信号电平降低)最小，如有线电视系统。大多数RF无线传输系统，为使功率传输最佳化，都是50?特性阻抗系统。

为使反射最小，用于无线装置的测试量系统的RF缆线和元件都设计为50?。最佳功率传输发生在阻抗匹配时。

波从一个特性阻抗到另一个不同特性阻抗会导致反射和传输。假若阻抗相同就没有反射。阻抗不同，有反射的情况下，在传输线的两个方向有波传输。

在波同相点将产生最大电压(Vmax)，在波相差180?点将产生最小电压(Vmin)。Vmax与Vmin之比是电压驻波比(VSWR)。此参数指明连接器或缆线离50?有多近。

确定失匹50?或其他特性阻抗的参量参数如下：

反射系数 ρ=V反射/V入射=(z-z0)/(z+z0)

其中 z0 为传输线特性阻抗。

电压驻波比VSWR==(Vmax/Vmin)=(V入射+V反射)/ (V入射-V反射)=(1+ρ)/(1-ρ)

ρ=(VSWR-1)/ (VSWR+1)

回损=

反射系数(ρ)是信号在不连续处或阻抗变化(如缆线到仪器连接器或天线到低噪声放大器)处，信号百分率的直接表示。

回损是衰减对反射信号的量测。高回损是希望的。理想情况下，理想匹配(无反射)、理想开路或短路(100%反射)，VSWR、回损和ρ三个参量值的关系示于表2。测量仪器通常具有1.2:1~1.6:1范围的输入或输出VSWR。

?提高RF连接器、缆线和元件速度

BNC连接器缆线频率响应在频率高于500MHz时开始降低。在RF领域，缆线往往配备N连接器和SMA连接器。N连接器通常用在测试仪器中，因为N连接器是坚固的，可以处理大功率和运行在18GHz左右。SMA连接器比N连接器小很多，额定功率比N连接器低，但在超过18GHz时工作仍然良好。

所有RF缆线都是同轴型。同轴RF缆线对于有限制的弯曲接头(半刚性)数或柔性可以是非柔性(刚好)的，柔性的。关注缆线对于RF缆线是相当重要。过度的弯曲缆线，90?弯曲可导致缆线损坏，严重地降低性能。

表2 理想情况下，VSWR回损和ρ值之间的关系

在低频，良好的连接使导体彼此接触。在RF频率，失匹的重要性意味着良好的连接不仅仅有良好的导体接触，而且连接器也适当地纽转在一起。制造商建议90牛顿一厘米左右的扭力，以保证连接器之间良好接触和最小电阻(RF名称为插入损耗)。

?整个测试系统保持50?线路

在RF电路