RF射频技术培训教材

1、2020 4 22 1 射频技术讲座 基础知识篇 主讲 蔡显华 2020 4 22 2 目录 一 无线电波二 无线电收发机三 无线电波的频率与应用划分四 射频基本元器件五 常用的基本单位六 射频器件的焊接与静电防护知识七 射频仪器安全使用保护 2020 4 22 3 一 无线电波 无线电波是一种肉眼看不到 用手摸不着 但又确实存在的东西 我们可以通过专用的接收设备方式来感觉到无线电波的存在 如 我们用收音机收听的广播 电视节目 手机打电话等 无线电波传输速度是非常快的 达到30万公里 秒 无线电波的传输方式 1 地波 这是沿地球表面传播的无线电波 2 天波 也即电离层波 无线电波进入电离层时其方向会发生改变 出现 折射 3 空间波 由发射天线直接到达接收点的电波 被称为直射波 4 散射波 当大气层或电离层出现不均匀团块时 无线电波有可能被这些不均匀媒质向四面八方反射 使一部分能量到达接收点 这就是散射波 2020 4 22 4 无线电波型 2020 4 22 5 无线电波的应用 声音 声音广播 比如 收音机的调幅和调频广播 航海 航空的语音电台等 电话 移动电话 手机类 卫星电话电视

2、模拟电视信号 数字电视 紧急服务 作用是提供给救援人员目标的精确位置 以便提供及时的救援 GPS 数据传输 数字微波传输设备 卫星 无线局域网等 辨识 如RFID导航 飞机 航海 雷达 加热 如 微波炉 动力 电磁炉 宇航动力 天文学 其他的业余爱好 2020 4 22 6 无线电收发机 发射机信号经过调制后放大 再通过天线向四周发身无线电波 2020 4 22 7 接收机用天线来接收周围的无线电波信号 再通过检波器把信号解调出来 2020 4 22 8 最简单的接收机 2020 4 22 9 无线电频率划分与应用 ELF 极低频 30 300HzVF 音频 300 3000HzVLF 甚低频 3 30KHzLF 低频 30 300KHzMF 中频 300 3000KHzHF 高频 3 30MHzVHF 甚高频 30 300MHzUHF 特高频 300 3000MHzSHF 超高频 3 30GHzEHF 极高频 30 300GHz亚毫米波300 3000GHz 2020 4 22 10 按波段划分 P波段0 23 1GHzL波段1 2GHzS波段2 4GHzC波段4 8GHzX波段8

3、12 5GHzKu波段12 5 18GHzK波段18 26 5GHzKa波段26 5 40GHz毫米波40 300GHz亚毫米波300 3000GHz 常见频段的应用 50 60Hz电源插座2KHz人的嗓音530KHz调幅广播54MHz电视频道2 VHF 88MHz调频广播746MHz电视频道60 UHF 824MHz蜂窝电话1850MHzPCS电话2400MHz无线局域网2500MHzMMDS4200MHz大碟形卫星天线9000MHz机载雷达11 7GHz小碟形卫星天线28GHzLMDS WLAN 802 11a b g WLAN 802 11a 5 15 5 825GHzWLAN 802 11b 2 41 2 497GHz2 41 2 462GHz 北美 2 412 2 472GHz 欧洲 2 471 2 497GHz 日本 WLAN 802 11g 2 41 2 497GHz2 41 2 462GHz 北美 2 412 2 472GHz 欧洲 2 471 2 497GHz 日本 射频常用的基本器件 电容 电感射频用到的电容容量并不大 多数都是 180pF 如我们公司产品射频部分多

4、数都是0 5pF 1pF 4 7pF 10pF等等 和电容一样 电感的感量也不大 通常也是在nH级别 它们的封装不大于1210 而我们用得最多的是0603和0402两种封装 但是射频电路用的电容和电感与普通用的电容和电感不同 它们除了精度要求高之外 最主要的是要有很高的Q值 电容 电感 实物图 放大管 放大管主要用来放大射频信号 它与电压 电流 频率 放大倍数 输入输出功率等有关 射频开关 射频开关用来控制转换射频信号的传输方式 通常是由电压的高低来控制的 滤波器 滤波器主要用来过滤频率 只允许有用的频率通过 滤除或衰减其他没用的频率 隔离器 主要用对信号输出进行隔离 它具有方向性 只允许信号通过 不许信号返回 射频天线 射频天线主要用于信号的发送和接收 是有方向性和角度的 它的种类很多 按用途可分为 通信天线 雷达天线 导航天线 电视天线 广播天线等 按工作频段可分为 长波天线 中波天线 短波天线 超短波天线和微波天线 但不管它们怎么分 其作用和功能都是一样的 天线实物图 常用的基本单位 dB就是分贝 即表示放大器放大的倍数 是一个表征相对值的值 下面是定义公式10 lg 输出功率

5、输入功率 在实际工作中我们只要了解它的定义就足够了 不需要过多的去弄清楚它 而我们所需要做的就是对它进行加加减减 dBm就是射频信号功率单位 表示放大器输出的功率 是一个考征功率绝对值的值 公式 dBm 10logmWdBm和W的对应关系表 dBc也是一个表示功率相对值的单位 与dB的计算方法完全一样 一般来说 dBc是相对于载波 Carrier 功率而言 在许多情况下 用来度量与载波功率的相对值 如用来度量干扰 同频干扰 互调干扰 交调干扰 带外干扰等 以及耦合 杂散等的相对量值 在采用dBc的地方 原则上也可以使用dB替代 通常是由频谱仪直接测量读数 dBi和dBddBi和dBd是考征增益的值 功率增益 两者都是一个相对值 但参考基准不一样 dBi的参考基准为全方向性天线 dBd的参考基准为偶极子 所以两者略有不同 一般认为 表示同一个增益 用dBi表示出来比用dBd表示出来要大2 15 但是它们都是用于天线性能指标的 例如 对于一面增益为16dBd的天线 其增益折算成单位为dBi时 则为18 15dBi 一般忽略小数位 为18dBi NF Noisefigure 噪声系数 用来衡

6、量LNA 低噪放 灵敏度的指标 噪声系数越小 接收灵敏度就越高 接收的距离就越远 相反 噪声系数越大 接收灵敏度就越差 距离就越短 SNR信噪比 就是信号功率和噪声功率相除的结果 EVM误差向量等级 静电知识 我们都听说过静电 那到底什么是静电呢 静电 Electrostatic 就是物体表面过剩或不足的静止电荷 静电是一种电能 它留存于物体表面 静电是正电荷和负电荷在局部范围内失去平衡的结果 静电是通过电子或离子的转移而形成的 静电是无处不在的 它会随着环境 空间和时间的转移而改变 人体静电 人体对静电放电的感知电压约为3 这是我们市电电压的16 6倍 高得惊人 为何要静电防护 我们在工作中为什么要对静电进行防护 我们可以通过下面的一些基本知道进行说明 静电作为一种电子存在于不同的时间和空间中 是摸不着看不到的 我们现在用到的许多电子元件在几百伏甚至几十伏时就会损坏 而射频器件由于工作比普通的器件频率要高得多 其内部构造非常的精密 只要稍有些不正常的操作 就极有可能导致自激烧坏 所以射频器件就会比普通的器件容易受静电击坏 其实很多静电问题都是由于人们没有ESD 静电放电 意识而造成的

7、 即使现在也有很多人怀疑ESD会对电子产品造成损坏 但事实上这些怀疑只会带来更多 更大的元器件损害 静电损害 静电的基本物理特性为 吸引或排斥 与大地有电位差 会产生放电电流 静电的基本物理特性对器件的影响 1 静电吸附灰尘 降低元件绝缘电阻 缩短寿命 2 静电放电破坏 使元件受损不能工作 完全破坏 3 静电放电电场或电流产生的热 使元件受伤 潜在损伤 4 静电放电产生的电磁场幅度很大 达几百伏 米 频谱极宽 从几十兆到几千兆 对电子产器造成干扰甚至损坏 电磁干扰 如果元件全部破坏 必能在生产及品管中被察觉而排除 影响较小 如果元件轻微受损 在正常测试下不易发现 在这种情形下 常会因经过多层之加工 甚至已在使用时 才发现破坏 不但检查不易 而且其损失亦难以预测 要耗费多少人力及财力才能清查出所有问题 而且如果在使用时才察觉故障 其损失将可能巨大 静电损害的特点 隐蔽性 人体不能直接感知静电 除非发生静电放电 但是发生静电放电人体也不一定能有电击的感觉 潜在性 有些电子元器件受到静电损伤后的性能没有明显的下降 但多次累加放电会给器件造成内伤而形成隐患 随机性 电子元件什么情况下会遭受静电

8、破坏呢 可以这么说 从一个元件产生以后 一直到它损坏以前 所有的过程都受到静电的威胁 而这些静电的产生也具有随机动性 复杂性 静电放电损伤的失效分析工作 因电子产品的精 细 微小的结构特点而费时 费事 费钱 要求较高的技术并往往需要使用扫描电镜等高精密仪器 即使如此 有些静电损伤现象也难以与其他原因造成的损伤加以区别 使人误把静电损伤失效当作其他失效 分析起来非常复杂 如何有效控制ESD 静电是由于物体接触分离 甚至没有接触的感应等方式产生的 就连我们周围的空气也是由原子组成的 当这些空气流动时也会产生静电 可以说 在任何时间 任何地点都可能产生静电 要完全消除静电几乎不可能的 但可以采取一些措施控制静电在不危害的程度之内 控制人体静电 人体静电防护 1 使用防静电地面 防静电鞋 袜 静电从脚导到大地 2 佩戴防静电腕带并接地 静电从手导到大地 3 拿取射频器件时尽可能的使用防静电的无感镊子 手尽可能的不与管脚接触 上述三项措施都是实用而有效的 应视不同的场合选择使用 射频器件焊接 焊接前确保要做好防静电措施器件拿取使用绝缘无感镊子电烙铁外表金属要接地保证器件的接地管脚已经完全接地注意焊盘的位置 尽可能做到平整焊好后注意清洁 射频仪器使用保护 射频仪器属于贵重专业高档仪器 在使用时要非常小心 加电使用前要让仪器金属外壳接上大地 防止静电和干扰 电源要接触良好 不要出现打火现象 测试射频电缆要拧紧 不能有松动 产品功率输出超过20dBm时 仪器输入端要加上衰减器 开机后要预热10分钟后再测 测试前要对仪器校准 保证测试数据准确 谢谢大家参与

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