功率、增益及手機(jī)天線的介紹.doc

功率及增益定義1、功率單位mW和dBm的換算 無線電發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號(hào)，通過饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達(dá)接收地點(diǎn)后，由天線接收下來（僅僅接收很小很小一部分功率），并通過饋線送到無線電接收機(jī)。因此在無線網(wǎng)絡(luò)的工程中，計(jì)算發(fā)射裝置的發(fā)射功率與天線的輻射能力非常重要。 Tx是發(fā)射（ Transmits ）的簡(jiǎn)稱。無線電波的發(fā)射功率是指在給定頻段范圍內(nèi)的能量，通常有兩種衡量或測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)： 1、功率（ W ）: 相對(duì) 1 瓦（ Watts ）的線性水準(zhǔn)。例如，WiFi 無線網(wǎng)卡的發(fā)射功率通常為 0.036W ，或者說36mW 。 2、增益（ dBm ）:相對(duì) 1 毫瓦（ milliwatt ）的比例水準(zhǔn)。例如 WiFi 無線網(wǎng)卡的發(fā)射 增益 為 15.56dBm 。兩種表達(dá)方式可以互相轉(zhuǎn)換： 1、dBm = 10 x log 功率 mW 2、mW = 10 增益 dBm / 10 dBm 在無線系統(tǒng)中，天線被用來把電流波轉(zhuǎn)換成電磁波，在轉(zhuǎn)換過程中還可以對(duì)發(fā)射和接收的信號(hào)進(jìn)行“放大”，這種能量放大的度量成為 “增益（Gain）”。 天線增益的度量單位為“ dBi ”。由于無線系統(tǒng)中的電磁波能量是由發(fā)射設(shè)備的發(fā)射能量和天線的放大疊加作用產(chǎn)生，因此度量發(fā)射能量最好同一度量增益（ dB ），例如，發(fā)射設(shè)備的功率為 100mW ，或20dBm；天線的增益為 10dBi ，則:發(fā)射總能量發(fā)射功率（ dBm ）天線增益（ dBi ） 20dBm 10dBi 30dBm或者: 1000mW 1W 在“小功率”系統(tǒng)中（例如無線局域網(wǎng)絡(luò)設(shè)備）每個(gè) dB 都非常重要，特別要記住“ 3 dB 法則”。每增加或降低 3 dB ，意味著增加一倍或降低一半的功率：-3 dB = 1/2 功率 -6 dB = 1/4 功率 +3 dB = 2x 功率 +6 dB = 4x 功率 例如， 100mW 的無線發(fā)射功率為 20dBm ，而 50mW 的無線發(fā)射功率為 17dBm ，而200mW 的發(fā)射功率為 23dBm 。 功率/電平（dBm）：放大器的輸出能力，一般單位為W、mW、dBm。dBm是取1mW作基準(zhǔn)值，以分貝表示的絕對(duì)功率電平。換算公式：電平（dBm）=10lgW5W 10lg5000 = 37dBm10W 10lg10000 = 40dBm20W 10lg20000 = 43dBm從上不難看出，功率每增加一倍，電平值增加3dBm2、dBm, dBi, dBd, dB, dBc都是什么意思，區(qū)別是什么？ 很多專業(yè)書籍的范例中都會(huì)出現(xiàn)計(jì)算，而往往很多計(jì)算結(jié)果的意義讓我們困惑,就遇到過這種問題不知道家是否被dBm, dBi, dBd, dB, dBc這些術(shù)語的意義所困惑,天在這想簡(jiǎn)單的就我自己的理解介紹一下。1、dBm dBm是一個(gè)表征功率絕對(duì)值的量，計(jì)算公式為：10lgP（功率值/1mW）。 例1 如果發(fā)射功率P為1mW，折算為dBm后為0dBm。 例2 對(duì)于40W的功率，按dBm單位進(jìn)行折算后的值應(yīng)為：10lg（40W/1mW)=10lg（40000）=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。2、dBi 和dBd dBi和dBd是表征增益的量（功率增益），兩者都是一個(gè)相對(duì)值，但參考基準(zhǔn)不一樣。dBi的參考基準(zhǔn)為全方向性天線，dBd的參考基準(zhǔn)為偶極子，所以兩者略有不同。一般認(rèn)為，表示同一個(gè)增益，用dBi表示出來比用dBd表示出來要大2.15。 例3 對(duì)于一面增益為16dBd的天線，其增益折算成單位為dBi時(shí)，則為18.15dBi（一般忽略小數(shù)位，為18dBi）。 例4 0dBd=2.15dBi。 例5 GSM900天線增益可以為13dBd（15dBi），GSM1800天線增益可以為15dBd（17dBi)。3、dB dB是一個(gè)表征相對(duì)值的量，當(dāng)考慮甲的功率相比于乙功率大或小多少個(gè)dB時(shí)，按下面計(jì)算公式：10lg（甲功率/乙功率） 例6 甲功率比乙功率大一倍，那么10lg（甲功率/乙功率）=10lg2=3dB。也就是說，甲的功率比乙的功率大3dB，則功率大一倍。 例7 7/8 英寸GSM900饋線的100米傳輸損耗約為3.9dB。 例8 如果甲的功率為46dBm，乙的功率為40dBm，則可以說，甲比乙大6dB。 例9 如果甲天線為12dBd，乙天線為14dBd，可以說甲比乙小2 dB。4、dBc 有時(shí)也會(huì)看到dBc，它也是一個(gè)表示功率相對(duì)值的單位，與dB的計(jì)算方法完全一樣。一般來說，dBc 是相對(duì)于載波（Carrier）功率而言，在許多情況下，用來度量與載波功率的相對(duì)值，如用來度量干擾（同頻干擾、互調(diào)干擾、交調(diào)干擾、帶外干擾等）以及耦合、雜散等的相對(duì)量值。在采用dBc的地方，原則上也可以使用dB替代。手機(jī)天線簡(jiǎn)介基帶部分（數(shù)字電路）數(shù)字-模擬模擬-數(shù)字混頻器本振信號(hào)功放低噪放濾波器天線模擬電路無線通信原理框圖開關(guān)天線簡(jiǎn)介天線是高頻電路和自由空間之間的 能量轉(zhuǎn)換器，用來接收和發(fā)射電磁波。天線是無線通信必不可少的部分，哪里有無線，哪里就有天線。天線分類按用途分類，可分為通信天線、電視天線、雷達(dá)天線等；按工作頻段分類，可分為短波天線、超短波天線、微波天線等；按方向性分類，可分為全向天線、定向天線等；按外形分類，可分為線狀天線、面狀天線等。天線參數(shù)天線的阻抗匹配天線輸入端信號(hào)電壓與信號(hào)電流之比，稱為天線的輸入阻抗。 輸入阻抗具有電阻分量 Rin 和電抗分量 Xin ，即 Zin = Rin + j Xin 。電抗分量的存在會(huì)減少天線從饋線對(duì)信號(hào)功率的提取，因此，必須使電抗分量盡可能為零，也就是應(yīng)盡可能使天線的輸入阻抗為純電阻。對(duì)于任一天線，總可通過天線阻抗調(diào)試，在要求的工作頻率范圍內(nèi)，使輸入阻抗的虛部很小且實(shí)部相當(dāng)接近 50 歐，從而使得天線的輸入阻抗為Zin = Rin = 50 歐-這是天線能與饋線處于良好的阻抗匹配所必須的。 對(duì)天線來說，調(diào)好匹配是最基本的，但是匹配狀況良好，并不代表天線性能好，特別是在添加匹配電路的情況下。匹配狀況良好，只能說明天線反射損耗小，匹配帶寬良好，但是天線的輻射性能不一定好。天線的工作頻率和帶寬GSM: 880MHz-960MHz; DCS: 1710MHz-1880MHz; PCS: 1850MHz-1990MHz; 藍(lán) 牙：2410MHz-2490MHz；GPS: 1575MHz。天線的駐波比(回波損耗)單極子天線的方向圖天線的增益在輸入功率相等的條件下，實(shí)際天線與理想的輻射單元在空間同一點(diǎn)處所產(chǎn)生的信號(hào)的功率之比。 天線的效率:輻射功率:輸入功率手機(jī)天線分類按天線的安裝位置可分為內(nèi)置天線和外置天線按天線的特性可分為PIFA 天線和單極子天線外置天線內(nèi)置天線PIFA天線下面必須有金屬地,單極子天線下面不能有金屬地。按天線的材料可分為金屬天線和陶瓷天線天線一般包括塑料支架和金屬片；陶瓷天線一般作為標(biāo)準(zhǔn)器件裱貼在電路板上。影響天線性能的主要因素天線的尺寸，主要取決于支架的可用尺寸。一般要求尺寸為：L35mmW10mmH5mm。天線周圍的環(huán)境。體現(xiàn)在手機(jī)天線的設(shè)計(jì)上能利用的空間越來越小。周圍環(huán)境越來越復(fù)雜。喇叭越來越多，最多有四個(gè)；攝像頭經(jīng)常有兩個(gè)；導(dǎo)電裝飾材料越來越多；FPC越來越多。手機(jī)天線設(shè)計(jì)手機(jī)天線的指標(biāo)在要求的工作頻率內(nèi),駐波比小于3。天線的效率應(yīng)該在40%左右。有源測(cè)試發(fā)射功率GSM: 332(dBm), DCS: 302(dBm)。有源測(cè)試接收靈敏度(誤碼率BER2.4%條件下)GSM: -102(dBm), DCS: -100(dBm)。手機(jī)天線設(shè)計(jì)流程天線評(píng)估客戶提供手機(jī)3D圖,包括附近的器件,如攝像頭,麥克風(fēng),揚(yáng)聲器，PCB板圖,支架的高度以及天線周邊的導(dǎo)電裝飾件等,根據(jù)這些參數(shù)對(duì)天線的最終性能進(jìn)行評(píng)估,如有必要會(huì)提出電路板和結(jié)構(gòu)修改意見。天線的設(shè)計(jì)客戶提供手機(jī),一般需要一個(gè)完整的可以工作的手機(jī),另外還要一塊單獨(dú)的電路板,單獨(dú)的電路板用于調(diào)試天線的匹配，盡量保證有3個(gè)左右的支架;設(shè)計(jì)之前需要和客戶確認(rèn)天線支架，電池，外殼，揚(yáng)聲器等器件是否為最終量產(chǎn)用件，這些器件的改變都會(huì)對(duì)天線性能造成很大影響。天線的測(cè)試設(shè)計(jì)完天線的匹配后,需要測(cè)試天線的方向圖,增益和效率等,判斷天線的輻射特性是否達(dá)到要求;在輻射特性達(dá)到要求后,再進(jìn)行天線有源的測(cè)試,有源測(cè)試包括天線的發(fā)射功率、接收電平和接收靈敏度等,給出測(cè)試報(bào)告;天線的設(shè)計(jì)和測(cè)試是一個(gè)反復(fù)循環(huán)的過程,最終的目標(biāo)就是使天線達(dá)到所有的有源和無源指標(biāo)。天線測(cè)試設(shè)備一. StarLab (Satimo) 天線測(cè)試系統(tǒng)無源測(cè)試天線三維方向圖、效率等；有源測(cè)試天線發(fā)射功率和靈敏度。水平面采用機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)，垂直面采用電掃描(若干個(gè)探針)，測(cè)試速度快；功能：主要部件：測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)，圓柱形靜區(qū)，標(biāo)準(zhǔn)喇叭天線，轉(zhuǎn)臺(tái)控制軟件和近場(chǎng)-遠(yuǎn)場(chǎng)轉(zhuǎn)換軟件等 。 二. 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀R&SZVB8功能：測(cè)試微波電路包括天線的散射參數(shù)。三. 綜測(cè)儀R&SCMU200功能：手機(jī)有源測(cè)試, 主要測(cè)試手機(jī)的發(fā)射功率，接收電平和接收靈敏度,可以選擇不同的選件測(cè)試不同制式的手機(jī),如GSM900,GSM1800/1900, CDMA等。屏蔽外來的信號(hào),減小內(nèi)部反射， 主要部件包