射频——选型、架构、指标、调测

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    一、 简介

0 _- T# {9 F  L4 E: V- \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。
5 {+ V1 P' n& ?5 p% A5 e. e
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。
* {' r! f5 \9 P: l
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。

3 X# O$ q9 o3 X) c( O     二、芯片选型

& N, O% p3 L, @1 s6 |& X% r* ]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：

) x% |) |- y. `. S% h各模式输出功率
' e2 [! a. `& i2 @
" i- M& N# P' P' W& M各模式接收灵敏度

各模式最大接收电平

8 x( T  h# Q" V* F' q" k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。
' w4 v) r7 D& s( t
ESP32：




. D7 R2 K3 r( B nRF52832：
4 {7 w% U1 A0 z( m+ k2 y$ v' b
链路预算

: c. T. R) t3 K弗里斯传输公式

  V$ r- ]5 M8 P& D' F或
  V+ F9 c1 t8 N' l3 O
Lg（Pr）=Lg（Pt）+Lg（Gt）+Lg（Gr）+2Lg（λ/4πR）
( J5 P$ O  J9 E/ i4 F
注：f*λ=C

Pr为接收λ到的功率
4 _: f. f% ]( z' ^) v8 Q, z# f
Pt为发射功率
$ B; p6 G0 [! F. s. U
Gt为发射天线增益

# X4 k) E% ~5 X  Q* t8 C! zGr为接收天线增益
) F9 H2 X4 C# L# E6 V# N+ j
λ为波长

R为收发机之间的距离
5 E* k( H- k1 V. H  z
3 _- O( u" K; Y2 T' k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：

  p- H) W# k- n, {' G* C" t: X1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）

举例：

5 ~% f" A' e* D: RBLE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

/ [/ ~/ B" B& F& m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）。
: a, z( p" z, w  c, e" R" O( D, y
( ~) n6 _1 q4 y5 J9 O3 O* I) a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。

8 E" G! N1 |( }) p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。
3 A0 {  i3 z( N* x- \6 ?
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。

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。

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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

dragongfly

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。