射频基础——选型、架构、指标、调测

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简单介绍射频链路相关知识，按链路前后级构成逐一阐述。

那么什么是射频？

1 Q) a' f7 l# c2 D/ h射频（RF）是Radio Frequency的缩写，简称RF，表示可以辐射到空间的电磁波频率，广义射频的频率范围从300kHz～300GHz之间，超过300GHz时一般叫做光线，例如红外线、可见光等。
. e# _2 l! Q# r& H5 s
射频的理论基础是麦克斯韦方程组，简单理解是变化的电场产生变化的磁场，变化的磁场产生变化的电场。

     二、芯片选型

射频芯片选型一般可以从三个角度来看，1、对比不同芯片的射频指标，2、根据产品需求并通过链路预算确认，3、同竞品PK指标。以下从指标及预算角度分别简单说明。
关键指标

对于产品和用户来说，射频的关键指标相对较少，一般参考以下几个参数：

各模式输出功率

( I0 p3 v9 Z4 s7 S2 z各模式接收灵敏度
' B, i& w8 r) K! f
各模式最大接收电平
4 n4 V. C6 @3 x+ N/ a
2 S0 x. S2 e1 x: ^至于为何主要考虑这几点，可参考下一节链路预算，并根据公式及经验推算。

" B7 h: O" T, h2 r* vESP32：

- \& E6 y, ^1 }" k5 {5 V9 f' d


8 C3 R2 t7 d; I4 Q3 Y2 d3 s. Y nRF52832：




链路预算

6 S- h3 W1 z' H$ k$ d' G弗里斯传输公式

* ]2 s5 b: \  D( y/ l  n
) J) ^+ A4 J. f2 e8 B$ B1 h- S4 k. t或
& v6 l* _& _( R% E6 h1 D; D9 q
Lg（Pr）=Lg（Pt）+Lg（Gt）+Lg（Gr）+2Lg（λ/4πR）
) t! f, h" b( @/ p# ~
注：f*λ=C

Pr为接收λ到的功率
1 i( d/ d% U; L, K
. L/ C- ~1 ~, b3 q2 z1 [5 SPt为发射功率
+ X# @" [; n' Y: J1 G/ S3 R
Gt为发射天线增益
1 q- d: n, r( ^# ]( W  i
" `  ^: e& K5 k6 q4 z! d$ Q* W% bGr为接收天线增益

# N9 o2 A( U$ {8 t- {9 g# _λ为波长
" H' g2 k* y7 ?1 l- G  g
R为收发机之间的距离
2 D) h, g# r9 b, L
, l# J( r6 I4 l3 m( y一般情况下，会根据常用频率或波长推导出更简易计算的经验公式，例如对2.4GHz来说：
7 S1 ~; W, k; d- l& S- W, n6 }
1米距离下，衰减40dB，以此为基础，拓展到10米时，衰减为60dB（功率衰减为距离的平方的倒数，再对数计算）
9 F9 u6 u# v5 G* ^
举例：
. R- n+ h. \! ^6 p9 p# Z0 A! F) I5 Z4 \
3 ?/ |' F( E' X我司BLE发射功率一般设定为0dBm，天线增益平均-5dB（包含发射接收），接收灵敏度根据芯片选型ESP32为-97dBm，则带入上述公式，可用于传输损耗的功率为= 0dBm-（-97dBm）+（-5dB）+（-5dB）=87dB
( s! t/ I# }& e$ t! a! l+ P  d
0 P* G  f! x- }; H3 m$ d& O- L再根据上述经验数据，可得87dB可以保证自由空间传输距离最大为250米（87dB=40dB+20dB+20dB+6dB+1dB ——> 1米*10*10*2*1.25=250米）。
8 O# A4 Y6 t; T* X& y! ^
% }, d2 q/ @; O: ?, _# v而实际室内环境中还要考虑墙体损耗，物体损耗等，再有天线极化匹配，活动物体、功率波动及多径效应等影响，实际可保证的传输一般在10米以上。

( p* L' O, k* z' [* {5 u注：墙体损耗一般在20dB上下，玻璃的损耗在10-15dB，极化损耗大致3dB上下，且信号在实际环境中容易存在波动，预留5dB的波动，则可推出可保证的传输距离大致为10米。

芯片选型的关键指标的由来，想必已经比较清晰，同时也可以注意到，天线是上述芯片选型之外最重要的设计考量。
9 U# \! _2 F, X& d1 X7 J' [
2 d8 p: p9 a7 c- s* {. }但也要注意，实际上，射频设计中要考量的点还有很多，简单举例还有涉及认证、协议，生产测试等相关的参数，后面会大致讲一讲。

, I1 F0 u9 P7 \2 C( Q

RGB_lamp

射频电感、电阻、电容都是射频电路中常用的元器件，如何选择元器件是非常重要的事情，
* x1 B/ C% a4 z. G8 @: z- g在射频电路中通常使用SMD贴片电阻，大部分是薄膜贴片电阻

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寄生的电容电感都会影响性能。而这些参数和电阻的大小、电阻的连接形式、电阻内部的结构有关。
! U7 P  `  [  o' T/ r1 N一般电阻的大小越小射频性能越好