射频——选型、架构、指标、调测

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    一、 简介
" A9 y5 M$ U% p5 d2 q  r+ c' Y
本文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？

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。

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。
. l# [; g+ T. ^: O7 ^3 c
9 M# {7 |$ S$ V1 R+ W1 e     二、芯片选型

* `% C1 V! l5 J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。
: a. o3 K1 o" o( t4 A* O. r3 z& N( {% c关键指标
; Z' Q! n# R  F# ~0 p6 k$ j" C& w
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：
4 e& G) M. t. }
7 q- ^& h" n5 t. y6 U- a各模式输出功率
& O4 `" o; Q2 r4 T2 m
各模式接收灵敏度
+ ^2 r9 @4 A; W8 x4 ~
各模式最大接收电平

2 Q5 j/ s3 G0 [% J3 t1 L/ `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。

, E, @: q" f9 rESP32：
9 r9 P) l& ^# i2 Q" B1 L8 q  \
, g0 W% a9 n6 u6 `
8 F+ W% }$ O! B2 A: d8 J# A: @

nRF52832：
& h3 e5 K. D# X9 S9 u
链路预算

/ T# j* h0 f1 W0 `4 ~( \7 j弗里斯传输公式

+ c! ?% i# K+ h& ], g5 z或

" t" a7 h6 n) {6 s. ]4 U  OLg（Pr）=Lg（Pt）+Lg（Gt）+Lg（Gr）+2Lg（λ/4πR）
, T( A9 h& e1 F
5 f% F% {7 O( g% Z* m9 d注：f*λ=C
* Y& _1 D0 D8 q1 v: `8 [" N( l$ N
Pr为接收λ到的功率
& I$ f5 r* i9 {5 \  X
Pt为发射功率

7 W3 t8 _! R1 ]# t% kGt为发射天线增益
+ ^5 w$ f1 w# ?" O/ p" u) X1 H- G
8 d3 f* F. _! a$ `- {Gr为接收天线增益
5 K+ z: |( M- Q$ Z" k  k1 C  r* @
0 y4 @* ~3 V5 Z9 `$ G; ]3 A; Fλ为波长

  _: p1 U: q% {) v9 qR为收发机之间的距离
1 ^4 C$ q1 d+ f
/ L( F# z, D# L. v7 @8 d& Z" p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：

, Z- O# Q* y% L$ C; d1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）

. Z' @6 d& C7 J举例：
9 S) c1 v5 z& C6 e: U
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

$ F/ A1 B" ]6 ], s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）。
0 n% k, F1 Q) ?$ b8 d/ b
4 `" y5 K( I1 n- \% g. @3 m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。
1 L& O' h. V7 X* D9 i; w
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。
2 E! ]2 X+ h! y( d
4 H3 f) \$ [. a- _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。

( D: _" K1 T6 ~

Dollche

射频发射机需要注意的是功率的推动放大，预放推末前级，末前级推末级，注意由于增益过高而引起放大器自激，此时已经不稳定，设计时需要在中间加一些衰减，末级甚至末前级加隔离器的方法，有条件可以利用腔体隔开，留够足够的裕度

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接收机结构最传统的是超外差结构，超外差结构能提供非常好的性能，但这种结构需要大量分离元件，像滤波器、混频器、放大器等。

架海梁心

零中频软件无线电芯片已经非常流行，集RF前端与灵活的混合信号基带部分为一体，集成频率合成器，为处理器提供可配置数字接口。