wifi培訓(xùn)-射頻基礎(chǔ)知識(PPT 59頁)

1、1射頻基礎(chǔ)知識及常見硬件故障射頻基礎(chǔ)知識及常見硬件故障吳斌,2011.03蘇通服維易科技服務(wù)分公司技術(shù)部2前言前言l射頻子系統(tǒng)位于整個無線設(shè)備的最前端，是整個無線系統(tǒng)正常運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。本膠片主要講述射頻基本概念和知識，以便大家更加深入理解WLAN無線通信系統(tǒng)硬件（也包含其他無線通信系統(tǒng)）。l簡要介紹WLAN AP常見故障類型3課程目標(biāo)課程目標(biāo)l熟悉掌握一些射頻基本概念和知識熟悉掌握一些射頻基本概念和知識l了解了解WLAN AP一些故障及處理方法一些故障及處理方法4課程內(nèi)容課程內(nèi)容T第一章第一章 無線通信的基本概念無線通信的基本概念第二章第二章 射頻常用計算單位簡介射頻常用計算單位簡介第三

2、章第三章 射頻常用概念辨析射頻常用概念辨析第四章第四章 WLAN AP常見故障常見故障5第一章第一章 無線通信的基本概念無線通信的基本概念l第二節(jié)第二節(jié) 無線通信的電磁波傳播無線通信的電磁波傳播6無線通信使用的頻段和波段無線通信使用的頻段和波段l目前無線通信使用的頻率從超長波波段到亞毫米波段（包括亞毫米波以下），以至光波。無線通信使用的頻率范圍和波段見下表1-1：無線通信使用的電磁波的頻率范圍和波段7無線通信使用的頻段和波段無線通信使用的頻段和波段l表 1-2 無線通信中所使用的部分微波波段的名稱由于種種原因，在一些歐、美、日等西方國家常常把部分微波波段分為L、S、C、X、Ku、K、Ka等波段

3、（或稱子波段），具體如表1 - 2所示。8第一章第一章 無線通信的基本概念無線通信的基本概念 9無線通信的電磁波傳輸無線通信的電磁波傳輸無線通信中的電磁波按照其波長的不同具有不同的傳播特點：無線通信中的電磁波按照其波長的不同具有不同的傳播特點： 極長波（極低頻ELF）傳播l極長波是指波長為110萬公里（頻率為330Hz）的電磁波。理論研究表明，這一波段的電磁波沿陸地表面和海水中傳播的衰耗極小。 超長波（超低頻SLF）傳播l超長波是指波長1千公里至1萬公里（頻率為30300Hz）的電磁波。這一波段的電磁波傳播十分穩(wěn)定，在海水中衰耗很?。l率為75Hz時衰耗系數(shù)為0.3dB/m）對海水穿透能力很強(qiáng)

4、，可深達(dá)100m以上。 甚長波（甚低頻VLF）傳播l甚長波是指波長10公里100公里（頻率為330kHz）的電磁波。無線通信中使用的甚長波的頻率為1030kHz，該波段的電磁波可在大地與低層的電離層間形成的波導(dǎo)中進(jìn)行傳播，距離可達(dá)數(shù)千公里乃至覆蓋全球。 長波（低頻LF）傳播l長波是指波長1公里10公里（頻率為30300kHz）的電磁波。其可沿地表面?zhèn)鞑ィǖ夭ǎ┖涂侩婋x層反射傳播（天波）。10無線通信的電磁波傳輸無線通信的電磁波傳輸 中波（中頻MF）傳播l中波是指波長100米1000米（頻率為3003000kHz）的電磁波。中波可沿地表面?zhèn)鞑ィǖ夭ǎ┖涂侩婋x層反射傳播（天波）。中波沿地表面?zhèn)鞑r

5、，受地表面的吸收較長波嚴(yán)重。中波的天波傳播與晝夜變化有關(guān)。 短波（高頻HF）傳播l短波是指波長為10米100米（頻率為330MHz）的電磁波。短波可沿地表面?zhèn)鞑ィǖ夭ǎ乜臻g以直接或繞射方式傳播（空間波）和靠電離層反射傳播（天波）。 超短波（甚高頻VHF）傳播l超短波是指波長為1米10米（頻率為30300MHz）的電磁波。超短波難以靠地波和天波傳播，而主要以直射方式（即所謂的“視距”方式）傳播。11無線通信的電磁波傳播無線通信的電磁波傳播微波傳播l微波是指波長小于1米（頻率高于300MHz）的電磁波。目前又按其波長的不同，分為分米波（特高頻UHF）、厘米波（超高頻SHF）、毫米波（極高頻EH

6、F）和亞毫米波（至高頻THF）。l微波的傳播類似于光波的傳播，是一種視距傳播。其主要在對流層內(nèi)進(jìn)行?？偟恼f來，這種傳播方式比較穩(wěn)定，但其傳播也受到大氣折射和地面反射的影響。另外，對流層中的大氣湍流氣團(tuán)對微波有散射作用。lWLAN工作頻段：2.42.4835GHz、 5.725-5.850GHz ，屬于微波波段，其電磁波傳播方式主要為微波傳播。12課程內(nèi)容課程內(nèi)容第一章第一章 無線通信的基本概念無線通信的基本概念第二章第二章 射頻常用計算單位簡介射頻常用計算單位簡介第三章第三章 射頻常用概念辨析射頻常用概念辨析第四章第四章 WLAN AP常見故障常見故障13第二章第二章 射頻常用計算單位簡介射頻

7、常用計算單位簡介l第二節(jié)第二節(jié) 天線傳播相關(guān)單位簡介天線傳播相關(guān)單位簡介 l第三節(jié)第三節(jié) 其他其他 14功率單位簡介功率單位簡介l絕對功率的絕對功率的dB表示表示射頻信號的絕對功率常用dBm、dBW表示，它與mW、W的換算關(guān)系如下：例如信號功率為x W，利用dBm表示時其大小為：例如：1W等于30dBm，等于0dBW。15功率單位簡介功率單位簡介l相對功率的相對功率的dBdB表示表示 射頻信號的相對功率常用dB和dBc兩種形式表示，其區(qū)別在于：dB是任意兩個功率的比值的對數(shù)表示形式，而dBc是某一頻點輸出功率和載頻輸出功率的比值的對數(shù)表示形式。udB與與dBm的區(qū)別：的區(qū)別：l dB分貝，衡量

8、的是輸出與輸入的對數(shù)比值大小。3dB就是10倍的lg2，就是指兩倍大。10dB就是10倍的lg10，指10倍大。l dBm是用來描述功率大小的單位。30個dBm為1瓦。1個毫瓦為0dBm。之所以射頻中功率不用瓦來描述，是因為引入了放大增益這個概念。16第二章第二章 射頻常用計算單位簡介射頻常用計算單位簡介l第一節(jié)第一節(jié) 功率單位簡介功率單位簡介l第三節(jié)第三節(jié) 其他其他 17天線傳播相關(guān)單位簡介天線傳播相關(guān)單位簡介l天線和天線增益天線和天線增益天線增益一般由dBi或dBd表示。dBi是指天線相對于無方向天線的功率能量密度之比，dBd是指相對于半波振子（偶極子）的功率能量密度之比，半波振子的增益為

9、2.15dBi，因此0dBd=2.15dBi。 例1 對于一面增益為16dBd的天線，其增益折算成單位為dBi時，則為18.15dBi（一般忽略小數(shù)位，為18dBi）。例2 GSM900天線增益可以為13dBd（15dBi），GSM1800天線增益可以為15dBd（17dBi)。18天線傳播相關(guān)單位簡介天線傳播相關(guān)單位簡介前后比前后比旁瓣抑制旁瓣抑制l波瓣寬度波瓣寬度l前后比前后比l旁瓣抑制旁瓣抑制19天線傳播相關(guān)單位簡介天線傳播相關(guān)單位簡介l天線的極化天線的極化 天線向周圍空間輻射電磁波，電磁波由電場和磁場構(gòu)成，人們規(guī)定：電場的方向就是天線極化方向，一般使用的天線為單極化的。下圖示出了兩種基

10、本的單極化的情況：垂直極化-是最常用的；水平極化-也是要被用到的。20天線傳播相關(guān)單位簡介天線傳播相關(guān)單位簡介l雙極化雙極化把 垂 直 極 化 和 水 平 極 化 兩 種 極 化 的 天 線 組 合 在 一 起 ， 或者， 把 +45 極化和 -45 極化兩種極化的天線組合在一起，就構(gòu)成了一種新的天線-雙極化天線。21第二章第二章 射頻常用計算單位簡介射頻常用計算單位簡介l第一節(jié)第一節(jié) 功率單位簡介功率單位簡介l第二節(jié)第二節(jié) 天線傳播相關(guān)天線傳播相關(guān)單位簡介單位簡介 22其他其他l電阻：阻擋電流通過的物體或物質(zhì)，從而把電能轉(zhuǎn)化為熱能或其它形式的能量，單位：歐姆，l電壓：電位或電位差，單位：伏特

11、，Vl電流：單位時間內(nèi)通過電路上某一確定點的電荷數(shù)，單位：安培，Al電感：線圈環(huán)繞著的東西，通常是導(dǎo)線，由于電磁感應(yīng)的原因，線圈可產(chǎn)生電動勢能，單位：亨利，Hl電容：一個充電的絕緣導(dǎo)電物體潛在具有的最大電荷率，單位：法拉，F(xiàn)23課程內(nèi)容課程內(nèi)容第一章第一章 無線通信的基本概念無線通信的基本概念第一章第一章 射頻常用計算單位簡介射頻常用計算單位簡介第三章第三章 射頻常用概念辨析射頻常用概念辨析第四章第四章 WLAN AP常見故障常見故障24第三章第三章 射頻基本概念辨析射頻基本概念辨析l第二節(jié)第二節(jié) 噪聲相關(guān)概念噪聲相關(guān)概念l第三節(jié)第三節(jié) 線性相關(guān)概念線性相關(guān)概念l第四節(jié)第四節(jié) 傳輸線相關(guān)概念傳

12、輸線相關(guān)概念l第五節(jié)第五節(jié) 下行通道射頻指標(biāo)下行通道射頻指標(biāo)l第六節(jié)第六節(jié) 上行通道射頻指標(biāo)上行通道射頻指標(biāo) 25l信號的峰值功率、平均功率和峰均比信號的峰值功率、平均功率和峰均比PAR解釋：很多信號從時域觀測并不是恒定包絡(luò)，而是如下面圖形所示。峰值功率即是指以某種概率出現(xiàn)的肩峰的瞬態(tài)功率。通常概率取為0.01%。平均功率是系統(tǒng)輸出的實際功率。在某個概率下峰值功率跟平均功率的比就稱為在某個概率下的峰均比，如PAR=9.%,各種概率下的峰均比就形成了CCDF曲線（互補(bǔ)累積分布函數(shù)）。在概率為0.01%處的PAR，一般稱為CREST因子。SystemView00500.e-3500.e-3111.

13、51.522-40-2002040AmplitudeTime in SecondsSink 126l增益（增益（dB） 解釋：即放大倍數(shù)，單位可表示為分貝（dB）。l插損（插損（dB） 解釋：當(dāng)某一器件或部件接入傳輸電路后所增加的衰減，單位用dB表示。27第三章第三章 射頻基本概念辨析射頻基本概念辨析l第一節(jié)第一節(jié) 功率相關(guān)概念功率相關(guān)概念l第三節(jié)第三節(jié) 線性相關(guān)概念線性相關(guān)概念l第四節(jié)第四節(jié) 傳輸線相關(guān)概念傳輸線相關(guān)概念l第五節(jié)第五節(jié) 下行通道射頻指標(biāo)下行通道射頻指標(biāo)l第六節(jié)第六節(jié) 上行通道射頻指標(biāo)上行通道射頻指標(biāo) 28噪聲相關(guān)概念噪聲相關(guān)概念l噪聲定義噪聲定義噪聲是指在信號處理過程中遇到的

14、無法確切預(yù)測的干擾信號（各類點頻干擾不是算噪聲）。常見的噪聲有來自外部的天電噪聲，汽車的點火噪聲，來自系統(tǒng)內(nèi)部的熱噪聲，晶體管等在工作時產(chǎn)生的散粒噪聲，信號與噪聲的互調(diào)產(chǎn)物。29噪聲相關(guān)概念噪聲相關(guān)概念l相位噪聲相位噪聲相位噪聲是用來衡量本振等單音信號頻譜純度的一個指標(biāo)，在時域表現(xiàn)為信號過零點的抖動。理想的單音信號，在頻域應(yīng)為一脈沖，而實際的單音總有一定的頻譜寬度，如下面所示。一般的本振信號可以認(rèn)為是隨機(jī)過程對單音調(diào)相的過程，因此信號所具有的邊帶信號被稱為相位噪聲。相位噪聲在頻域的可以這樣定量描述：偏離中心頻率多少Hz處，單位帶寬內(nèi)的功率與總信號功率相比。例如晶體的相位噪聲可以這樣描述：30噪

15、聲相關(guān)概念噪聲相關(guān)概念l噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)是用來衡量射頻部件對小信號的處理能力，通常這樣定義：單元輸入信噪比除輸出信噪比，如下圖：NFSiNiSoNo對于線性單元，不會產(chǎn)生信號與噪聲的互調(diào)產(chǎn)物及信號的失真，這時噪聲系數(shù)可以用下式表示：NFPnoG PniPno表示輸出噪聲功率，Pni表示輸入噪聲功率，G為單元增益。31噪聲相關(guān)概念噪聲相關(guān)概念l級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)公式：G1、NF1G2、NF2Gn、NFnNF總NF1NF21G1.NFn1G1G2.Gn132第三章第三章 射頻基本概念辨析射頻基本概念辨析l第一節(jié)第一節(jié) 功率相關(guān)概念功率相關(guān)概念l第二節(jié)第二節(jié) 噪聲相關(guān)概念噪聲相關(guān)概念l第四節(jié)

16、第四節(jié) 傳輸線相關(guān)概念傳輸線相關(guān)概念l第五節(jié)第五節(jié) 下行通道射頻指標(biāo)下行通道射頻指標(biāo)l第六節(jié)第六節(jié) 上行通道射頻指標(biāo)上行通道射頻指標(biāo)33線性相關(guān)概念線性相關(guān)概念l信號在通過射頻通道（這里所謂的射頻通道是指射頻收發(fā)信機(jī)通道，不包括空間段衰落信道）時會有一定程度的失真，失真可以分為線性失真和非線性失真。產(chǎn)生線性失真的主要有一些濾波器等無源器件，產(chǎn)生非線性失真的主要有一些放大器、混頻器等有源器件。另外射頻通道還會有一些加性噪聲和乘性噪聲的引入。34線性相關(guān)概念線性相關(guān)概念l線性失真線性失真又可以分成線性幅度失真和線性相位失真，從頻域可以很方便表示這些失真，如下圖：幅頻特性相頻特性35線性相關(guān)概念線性

17、相關(guān)概念l非線性失真非線性失真與線性失真相似，可以分成非線性幅度失真和非線性相位失真，圖形表示如下：90c1n20c0n00.20.40.60.811.21.41.61.8201234567893935c2n20c0n00.20.40.60.811.21.41.61.82353637383936線性相關(guān)概念線性相關(guān)概念l非線性幅度失真非線性幅度失真常用1dB壓縮點、三階交調(diào)、三階截止點等指標(biāo)衡量，下面分別討論這三個指標(biāo)。l1dB壓縮點例如一個射頻放大器，當(dāng)輸入信號較小時，其輸出與輸入可以保證線關(guān)系，輸入電平增加1dB，輸出相應(yīng)增加1dB，增益保持不變，隨著輸入信號電平的增加，輸入電平增加1dB

18、，輸出將增加不到1dB，增益開始壓縮，增益壓縮1dB時的輸入信號電平稱為輸入1dB壓縮點，這時輸出信號電平稱為輸出1dB壓縮點。如下圖：37線性相關(guān)概念線性相關(guān)概念38線性相關(guān)概念線性相關(guān)概念l三階交調(diào)三階交調(diào)（雙音三階交調(diào)）是用來衡量非線性的一個重要指標(biāo)，在這里仍以放大器為例來說明三階交調(diào)指標(biāo)。用兩個相隔f，且電平相等的單音信號同時輸入一個射頻放大器，則放大器的輸出頻譜大致如下：三階交調(diào)常用dBc表示，即交調(diào)產(chǎn)物與主輸出信號的比。39線性相關(guān)概念線性相關(guān)概念l三階截止點任一微波單元電路，輸入雙音信號同時增加1dB，輸出三階交調(diào)產(chǎn)物將增加3dB，而主輸出信號僅增加1dB（不考慮壓縮），這樣輸入

19、信號電平增加到一定值時，輸出三階交調(diào)產(chǎn)物與主輸出信號相等，這一點稱為三階截止點，對應(yīng)的輸入信號電平稱為輸入三階截止點，對應(yīng)的輸出信號電平稱為輸出三階截止點。注意：三階截止點信號電平是不可能達(dá)到的，因為在這時早已超過微波單元電路的承受能力。40線性相關(guān)概念線性相關(guān)概念41第三章第三章 射頻基本概念辨析射頻基本概念辨析l第一節(jié)第一節(jié) 功率相關(guān)概念功率相關(guān)概念l第二節(jié)第二節(jié) 噪聲相關(guān)概念噪聲相關(guān)概念l第三節(jié)第三節(jié) 線性相關(guān)概念線性相關(guān)概念l第五節(jié)第五節(jié) 下行通道射頻指標(biāo)下行通道射頻指標(biāo)l第六節(jié)第六節(jié) 上行通道射頻指標(biāo)上行通道射頻指標(biāo) 42傳輸線相關(guān)概念傳輸線相關(guān)概念l特征阻抗解釋：特征阻抗是微波傳輸

20、線的固有特性，它等于模式電壓與模式電流之比。無耗傳輸線的特征阻抗為實數(shù)，有耗傳輸線的特征阻抗為復(fù)數(shù)。在做射頻PCB板設(shè)計時，一定要考慮匹配問題，考慮信號線的特征阻抗是否等于所連接前后級部件的阻抗。當(dāng)不相等時則會產(chǎn)生反射，造成失真和功率損失。反射系數(shù)(此處指電壓反射系數(shù))可以由下式計算得出：ZlZoZlZo43傳輸線相關(guān)概念傳輸線相關(guān)概念在目前世界上的微波通訊系統(tǒng)一般分為兩種特性阻抗，一種是50歐姆系統(tǒng)，如軍用的微波、毫米波通訊系統(tǒng)，雷達(dá)，我們目前開發(fā)的蜂窩通訊系統(tǒng)GSM、WCDMA等；另一種是75歐姆系統(tǒng)，這種系統(tǒng)相對比較少，如我們目前使用的有線電視系統(tǒng)。44傳輸線相關(guān)概念傳輸線相關(guān)概念l駐波

21、比解釋：駐波系數(shù)式衡量負(fù)載匹配程度的一個指標(biāo)，它在數(shù)值上等于：VSWR11由反射系數(shù)的定義我們知道，反射系數(shù)的取值范圍是01，而駐波系數(shù)的取值范圍是1正無窮大。射頻很多接口的駐波系數(shù)指標(biāo)規(guī)定小于2.0。駐波比惡化意味著信號反射比較厲害，也就是說負(fù)載和傳輸線的匹配效果比較差。所以在一個系統(tǒng)中，如果駐波比很差，可能會使信號傳輸效果變差，通道增益下降。一個比較典型的例子就是靈敏度問題。45傳輸線相關(guān)概念傳輸線相關(guān)概念l回波損耗回波損耗也是射頻上用得比較多得一個名詞，它和前面得反射系數(shù)、駐波比都是用來反映端口得匹配狀況的?；夭〒p耗表示端口的反射波的功率與入射波功率之比。回波損耗與反射系數(shù)的關(guān)系為： 回

22、波損耗20log（）由公式可以計算：回波損耗為26dB時，對應(yīng)的反射系數(shù)為0.05，駐波比為1.1。由此也可以估計一下，駐波為2時的回波損耗是多少（9.5dB），也就可以理解對于功放后級的駐波要求為何嚴(yán)格。46第三章第三章 射頻基本概念辨析射頻基本概念辨析l第一節(jié)第一節(jié) 功率相關(guān)概念功率相關(guān)概念l第二節(jié)第二節(jié) 噪聲相關(guān)概念噪聲相關(guān)概念l第三節(jié)第三節(jié) 線性相關(guān)概念線性相關(guān)概念l第四節(jié)第四節(jié) 傳輸線相關(guān)概念傳輸線相關(guān)概念l第六節(jié)第六節(jié) 上行通道射頻指標(biāo)上行通道射頻指標(biāo) 47下行通道射頻指標(biāo)下行通道射頻指標(biāo)l鄰道泄漏（ACLR）鄰道泄漏指標(biāo)是用來衡量發(fā)射機(jī)的帶外輻射特性，定義：鄰道功率與主信道功率之

23、比，通常用dBc表示，如下圖：主信道鄰道保護(hù)帶射機(jī)的領(lǐng)道泄漏必然回對其他小區(qū)造成干擾，為了減小這種干擾，領(lǐng)道泄漏必須盡可能的小，WCDMA的要求是：第一鄰道（偏離載頻5MHz）的ACLR45dBC ；第二鄰道（偏離載頻10MHz）的ACLR 50dBC 。 48下行通道射頻指標(biāo)下行通道射頻指標(biāo)l雜散輻射雜散輻射是指發(fā)信機(jī)在頻譜發(fā)射模板規(guī)定的頻率范圍之外的頻段內(nèi)發(fā)射的、信號之外的其他信號，它包括諧波分量、寄生輻射、交調(diào)產(chǎn)物、發(fā)射機(jī)互調(diào)產(chǎn)物等。這些雜散輻射都會對其他的無線通信系統(tǒng)造成干擾，對該指標(biāo)的規(guī)定是為了提高系統(tǒng)的電磁兼容性能，以便與其他系統(tǒng)（如WCDMA、GPS等）共存，當(dāng)然這也保證了系統(tǒng)自

24、身的正常運行。49第三章第三章 射頻基本概念辨析射頻基本概念辨析l第一節(jié)第一節(jié) 功率相關(guān)概念功率相關(guān)概念l第二節(jié)第二節(jié) 噪聲相關(guān)概念噪聲相關(guān)概念l第三節(jié)第三節(jié) 線性相關(guān)概念線性相關(guān)概念l第四節(jié)第四節(jié) 傳輸線相關(guān)概念傳輸線相關(guān)概念l第五節(jié)第五節(jié) 下行通道射頻指標(biāo)下行通道射頻指標(biāo) 50上行通道射頻指標(biāo)上行通道射頻指標(biāo)l接收靈敏度用功率表示Smin=10log（KTB）+ Ft +（S/N），單位：dBmK是波爾茲曼常數(shù)，單位：J/K(焦耳/K)T表示絕對溫度，單位：KB表示信號帶寬，單位：HzFt表示系統(tǒng)的噪聲系數(shù)，單位：dB（S/N）表示解調(diào)所需信噪比，單位：dB當(dāng)B1Hz時，10log（KTB）-174dBm/Hz51上行通道射頻指標(biāo)上行通道射頻指標(biāo)l雜散響應(yīng) 雜散響應(yīng)也稱為寄生響應(yīng)、寄生靈敏度。無線環(huán)境中存在多干擾信號，這些信號本身可以被系統(tǒng)濾波器慮掉，但是由于現(xiàn)在系統(tǒng)采用的接收機(jī)大都是超外差接收機(jī)，接收機(jī)接收到的能夠與本振組合產(chǎn)生中頻的信號很多，這樣的中頻信號和系統(tǒng)接收