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RF設計基礎一、RF基本原理在信號的分析上，不外乎時域、頻域及功率三種:•時域將信號表示成時間的函數f(t)量測儀器:示波器作用:量測信號源的活動在時域中分析。•頻域（變換域）：通過正交變換，將信號表示成其他變數(如頻率)的函數。一般常用的是傅利葉變換(F.T)。傅利葉變換公式：量測儀器:頻譜儀作用:頻譜儀提供的主要是被測信號功率信息和頻率信息,我們可以看到不同頻率成份的信號會被分隔開來，而且可以清楚地分辨每個信號不同的強度。dtetfjFtj)()(•功率•功率計的計量單位功率計的計量單位:Watt、dB、dBm1.Watt：在國際系統單位中(SI制)，定義功率為瓦特Watt，簡稱W，它可以表示成每秒產生多少焦耳的能力。一般在功率的表示上，1mW為1*10-3W，1μW為1*10-6W，1nW為1*10-9W。2.dB—UsuallyusedasanunitofgaindB=10×log(P2/P1)P1是第一個被比較的能量（信號），P2就是第二個被比較的能量（信號），P1與P2的單位相同。因此當比率為1Mega時GAIN為：10dB=10×log(106)=60dB因此可以看出頻譜分析儀有很寬的動態範圍。3.dBm：與dB的表示法相當接近，但參考值是固定的，亦即為1mW，因為參考點為一個定值，因此可以表示為絕對功率，稱為dBm，例如13dBm即表示20mW，它與線性功率Watt的換算公式如下：•dBm=10*log(P/1mW)0dBm=1mW10dBm=10mW14dBm=25mW15dBm=32mW20dBm=100mW30dBm=1000mW二、RF波•RF波的傳播在沒有任何外界影響的真空中它們的速度是C0=299792458m/s。•在襯底中傳播時，傳輸線（電介質材料）使得波的傳播速度降到：ν=是襯底的介電常數。波長λ=ν/freffc0reff電磁波在按照FR4標準生產的基於環氧樹脂材料（PCB）中的速度如果信號頻率為2.412GHz,信號在PCB板中的波長為λFR4=ν/f=58mm•由此可知基頻信號要升頻為RF的原因：基頻信號是低頻信號，如果頻率為3kHz，波長達100km，天線長度取1/10波長，達10km以上，如果頻率為2.412GHz,波長為12cm，天線長度則可取1.2cm。為了有效地輻射，發射信號的頻率必須是高頻，以降低天線的尺寸。三、波的反射•无限长传输线不存在反射•有限长传输线的负载与特征阻抗相等时，也不存在反射正向传输波被源信号发射/注入到传输媒体中并传输到另一终端的负载处。在两种不同衬底/电介质的接点处，部分正向传输波被反射回信号源处。而余下的部分则正向传输到负载处。反射係數驻波电压比率（VSWR）•不匹配的情况下,在入射波和反射波相位相同的地方，电压振幅相加为最大电压振幅Ｖmax，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方电压振幅相减为最小电压振幅Ｖmin，形成波节。其它各点的振幅值则介于波腹与波节之间。这种合成波称为驻波。回波損耗(ReturnLoss)：傳輸線上任一點入射功率和反射功率之比BGA2711在频率为2GHz时产生10dB的输入反射损耗或VSWR=1.92。该反射可能由阻值为96.25Ω或25.97Ω的阻抗引起。在四分之一波长（λ/4）的距离处用50欧的电缆来测量该电阻值将会导致致命的错误，那是因为in1=96.25Ω看起来象25.97Ω而第二级的Zin2=25.97Ω看起来象96.25Ω四、理想和实际无源器件之间的区别•电阻：有电感寄生效应。由于该效应而有通低频的功能。•电容：有电感和电阻寄生参数，这将引起带串联谐振频率(SRF)衰减回路。•电感：有电容和电阻寄生参数，这将引起衰减的并联谐振回路。电感和电容的寄生反应将会导致电路的自激。五、Smith圓圖•用途：解決傳輸線、阻抗匹配等問題極為有用的圖形工具下述3個電路中的電容和電感是當頻率為100MHz時由它們的電抗值來具體表示的。在PHILIPS生產的一個RF電晶體BFG425W輸出的(S21)阻抗圓圖中畫出它們的阻抗。•情况A（纯电阻）根据电路可得：将该值画入阻抗圆图中•情况B（纯电阻以及可变电抗-可变电容）根据电路可得：将该值画入阻抗圆图中•情况C（纯电感以及可变电阻）根据电路可得：将该值画入阻抗圆图中根據資料計算BFG425W在頻率為3GHz時的輸出反射係數（S21）。計算輸出回傳損耗和輸出阻抗，補償回饋部分。六、傳輸線同軸線或同軸電纜(coaxialcable)，微帶線(microstrip)，平行雙線(twin-lead,twowire)，共面波導(co-planarwaveguide,CPW)七、二埠網路的S參數•S參數的定義:•在測量時需要令a1或a2為0，這可以通過端接匹配負載來實現當埠2匹配時埠1的反射係數當埠1匹配時埠2的穿透係數當埠1匹配時埠2的反射係數當埠2匹配時埠1的穿透係數八、RF信號衰減•RF信號衰減的因素分別是：路徑衰減(FreeSpacePathLoss；PathLoss)、多路徑(MultiPath)、隱藏點(HiddenNode)、近遠問題(Near-Far)、以及其它干擾情況等。•路徑衰減是自然因素，是RF波的波前自然擴增所造成之現象，亦是最大的RF衰減因素。到目前為止，尚無法製造出類似雷射光的RF波，亦即此RF波內各個分子都是完全一致的，故行進方向完全相同，這種RF波能行進無限遠而不會衰減。•而多路徑問題幾乎存在於所有現實環境中(除非是在太空中通訊，或是某些大樓對大樓的盤式天線通訊)，而且是路徑衰減之後的第二大衰減因素，只要環境中存在會反射RF的物體，就會造成多路徑問題。與多路徑有關的反射、繞射、散射等，其中反射約佔90％，繞射約佔8％，散射約佔2％。•考慮某一個AP之中的涵蓋面，若環境中存在許多反射路徑，則這些反射路徑彼此重疊時，會產生Up-Fade、Down-Fade、Corruption，甚至Null的情況。Up-Fade是指兩個相位類似的RF波重疊後使得信號強度變強；Down-Fade是指兩個相位接近相反的RF波重疊後使得信號強度變小；Corruption是指兩者相位差異很大以致信號被破壞；Null是指相位完全相反故互相抵銷。Corruption及Null都會造成涵蓋面中的空洞現象，終端若位於空洞之中，則完全收不到信號。•WLAN系統採用AntennaSwitchingDiversity-Active的方法對抗多路徑問題，兩支天線分別接到比較器，選擇適當的天線接到RF線路。THEENDTHANKS!