射频基础知识培训02.

射频基础知识-2研发十一部吴磊课程目标•熟悉和掌握射频基本概念和知识学习完本课程，您将能够：参考资料•《无线通信技术》课程内容第一章课程回顾第二章无线电波的基本知识第三章天线的基本知识第四章传输线的基本知识第一章课程回顾•何谓无线通信？•WIFI工作频段？该频段属于哪一波段？•简述WIFI的电磁波传播方式及其特点。第一章课程回顾•利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息的通信方式称之为无线电通信（WirelessCommunication），也称之为无线通信。•WIFI工作频段：2412～2483.5MHz(802.11b/g/n)，5725～5850MHz(802.11a)，属于微波波段。•WIFI电磁波传播方式为微波传播，微波的传播类似于光波的传播，是一种视距传播。第一章课程回顾1、计算1mW=?dBm1W=?dBW1mV=?dBmV1uV=?dBuV30dBm=?W0dBm+0dBm=?27dBm+27dBm=?2、功率提高到原来的一倍，相当于提高了多少dB？提高到原来的2倍呢？10倍呢？3、功率提高1dB，相当于提高到原来的多少倍，提高2dB、3dB、4dB、5dB、10dB呢？4、电压提高到原来的1倍，相当于提高了多少dB？第一章课程回顾•绝对功率的dB表示当需要表示系统中的一个功率（或电压）时，可利用电平来表示。系统中某一点的电平是指该点的功率（或电压）对某一基准功率（或电压）的分贝比，常用dBm、dBW、dBmV、dBμV表示，它们与mW、W、mV、μV的换算关系如下：10𝑙𝑜𝑔𝑃𝑃0=20𝑙𝑜𝑔𝑈𝑈0显然，基准功率（即P=P0）的电平为零。对同一个功率，选用不同基准功率P0（或电压U0）所得电平数值不同，后面加上不同的单位。第一章课程回顾若以1W为基准功率，功率为P时，对应的电平为10log（P/1W），单位记为dBW（分贝瓦）。例如:功率为1W时电平为:10log（1W/1W）=0dBW；功率为100W时电平为:10log（100W/1W）=20dBW；功率为100mW时，对应的电平为:10log（100mW/1W）=-10dBW。第一章课程回顾以1mW为基准功率时，则功率为P时对应的电平为10lg（P/1mW），单位记为dBmW（分贝毫瓦）。例如:功率为1W时，电平为:10log（1W/1mW）=30dBm；功率为1mW时，电平为:10log（1mW/1W）=0dBm；功率为1uW时，电平为:10log（1uW/1mW）=-30dBm；第一章课程回顾若以1mV作为基准电压，则电压为U时对应的电平为20lg（U/1mV），单位记为dBmV（分贝毫伏）。例如:电压为1V时，对应的电平为:20lg（1V/1mV）=60dBmV；电压为1uV时，对应的电平为:20lg（1uV/1mV）=-60dBmV；功率为1mW时，电压为：𝑈=𝑃𝑍=1×10−3×75=274𝑚𝑉电平为：20lg（274mV/1mV）=48.75dBmV第一章课程回顾若以1uV为基准电压，则电压为U时对应的电平为20lg（U/1uV），单位记为dBuV（分贝微伏）。例如:电压为1mV时，电平为20lg（1mV/1uV）=60dBuV；电压为100mV时，电平为:20lg（100mV/1uV）=100dBuV；功率为1mW时，电压为:𝑈=𝑃𝑍=1×10−3×75=274𝑚𝑉=2.74×105uV电平为：20lg（274mV/1uV）=108.75dBuV第一章课程回顾•相对功率的dB表示射频信号的相对功率常用dB和dBc两种形式表示，其区别在于：dB是任意两个功率的比值的对数表示形式，而dBc是某一频点输出功率和载频输出功率的比值的对数表示形式。第一章课程回顾dBWdBmdBmVdBμVdBW0+30+78.75+138.75dBm-300+48.75+108.75dBmV-78.75-48.750+60dBμV-138.75-108.75-600第一章课程回顾•电阻：阻挡电流通过的物体或物质，从而把电能转化为热能或其它形式的能量，单位：欧姆，Ω•电压：电位或电位差，单位：伏特，V•电流：单位时间内通过电路上某一确定点的电荷数，单位：安培，A•电感：线圈环绕着的东西，通常是导线，由于电磁感应的原因，线圈可产生电动势能，单位：亨利，H•电容：一个充电的绝缘导电物体潜在具有的最大电荷率，单位：法拉，F课程内容无线电波的基本概念无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中，电场和磁场在空间是相互垂直的，同时这两者又都垂直于传播方向。19无线电波的传播方向20无线电波的极化方式无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化的，这种现象称为无线电波的极化。无线电波的电场方向称为电波的极化方向。如果电波的电场方向垂直于地面，我们就称它为垂直极化波。如果电波的电场方向与地面平行，则称它为水平极化波。21无线电波的传播速度无线电波和光波一样，它的传播速度和传播媒质有关。无线电波在真空中的传播速度等于光速。我们用Ｃ＝３０００００公里／秒表示。在媒质中的传播速度为：Ｖε`＝Ｃ/√ε，式中ε为传播媒质的相对介电常数。空气的相对介电常数与真空的相对介电常数很接近，略大于１。因此，无线电波在空气中的传播速度略小于光速，通常我们就认为它等于光速。22无线电波的传播方式直射直射是无线电波在自由空间传播的方式。反射当电磁波遇到比波长大得多的物体时，就会发生反射。反射常发生在地球表面、建筑物和墙壁表面。绕射（衍射）波在传播时，若被一个大小接近于或小于波长的物体阻挡，就绕过这个物体，继续进行。散射散射就是由于介质中存在的微小粒子（异质体）或者分子对电磁波的作用，使电磁波偏离原来的传播方向而向四周传播的现象。23无线电波的传播方式4132图示：①直射波②反射波③④绕射（衍射）波224无线电波的衰落特性自由空间的传播损耗自由空间是一个理想的空间，在自由空间中，电波沿直线传播而不被吸收，也不发生反射、折射、绕射和散射等现象。在下图所示的自由空间中，设在原点0有一辐射源，均匀地向各方向辐射，辐射功率为Pt。能量均匀地分布在以0点为球心，d为半径的球面上。已知球面的表面积为4πd2，因此，在球面单位面积上的功率应为Pt/4πd2。若接收天线所能接收的在效面积为A=λ2/4π，则接收机输入功率为：P0=（Pt/4πd2）*（λ2/4π）=Pt*（λ/4πd）2通常定义发射功率与接收功率的比值为传播衰耗。所以自由空间的衰耗值Lbs为：Lbs=P0/Pt=（4πd/λ）在工程上，传播衰耗常用分贝来表示，即：Lbs=10lg（4πd/λ）2=20lg（4πd/λ）若距离d的单位为公里（Km），并将波长λ换算成相对应的频率f，则当f的单位为兆赫（MHz），上面的公式可改写为:Lbs（dB）=32.45+20lgd（Km）+20lgf（MHz）从以上公式可以看出，自由空间的传播损耗只与工作频率与传播距离有关。25无线电波的衰落特性自由空间的传播损耗自由空间损耗与距离的关系26该关系可用式λ＝Ｖ/ｆ表示，其中：Ｖ为速度，单位为m/s；ｆ为频率，单位为Hz；λ为波长，单位为m。由上述关系式不难看出，同一频率的无线电波在不同的媒质中传播时，速度是不同的，因此波长也不一样。波长无线电波的波长、速度与频率的关系27无线电波的波长不同，传播特点也不完全相同。目前wlan使用的频段属于微波。微波的视距传播微波的频率很高，波长较短，它的地面波衰减很快。因此也不能依靠地面波作较远距离的传播，它主要是由空间波来传播的。空间波一般只能沿直线方向传播到直接可见的地方。在直视距离内超短波的传播区域习惯上称为“照明区”。在直视距离内超短波接收装置才能稳定地接收信号。微波的传播28无线电波传播的几个基本概念多径效应无线电波在传播过程中会遇到各种各样的建筑物、树木、植被以及起伏的地形，会引起电波的反射、散射和绕射等。29无线电波传播的几个基本概念阴影效应有大型建筑物和其他物体的阻挡而在传播接收区域上形成半盲区的现象。电波在传播途径上遇到障碍物时，总是力图绕过障碍物，再向前传播。这种现象叫做电波的绕射。超短波的绕射能力较弱，在高大建筑物后面会形成所谓的“阴影区”。信号质量受到影响的程度不仅和接收天线距建筑物的距离及建筑物的高度有关，还和频率有关。例如一个建筑物的高度为１０米，在距建筑物２００米处接收的信号质量几乎不受影响，但在距建筑物１００米处，接收信号场强将比无高搂时明显减弱。这时，如果接收的是２１６～２２３兆赫的电视信号，接收信号场强比无高搂时减弱１６分贝，当接收６７０兆赫的电视信号时，接收信号场强将比无高搂时减弱２０分贝。如果建筑物的高度增加到５０米时，则在距建筑物１０００米以内，接收信号的场强都将受到影响，因而有不同程度的减弱。也就是说，频率越高，建筑物越高、越近，影响越大。相反，频率越低，建筑物越矮、越远，影响越小。30无线电波传播的几个基本概念多普勒效应由于接收的移动用户高速运动而引起传播速率的扩散而引起的，其扩散程度与用户运动的速度成正比。课程内容把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间…...收集无线电波并产生电信号天线的基本概念34天线的作用就是将传输线中的高频电磁能转化为自由空间的电磁波，或反之将自由空间的电磁波转化为传输线中的高频电磁能。了解天线的相关性能，必须掌握自由空间中的电磁波相关知识及高频传输的相关知识。天线的基本作用35导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长短和形状有关.如果导线位置如由于两导线的距离很近，且两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消，因而辐射很微弱。如果将两导线张开，这时由于两导线的电流方向相同，由两导线所产生的感应电动势方向相同，因而辐射较强。当导线的长度ｌ远小于波长时，导线的电流很小，辐射很微弱.当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就大大增加，因而就能形成较强的辐射。通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子。天线的辐射电磁波原理36同轴线变化为天线天线的辐射电磁波原理数码视讯科技集团37天线可视为一个四端网络天线的辐射电磁波原理38两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长。全长与波长相等的振子，称为全波对称振子。将振子折合起来的，称为折合振子。波长1/2波长一个1/2波长的对称振子在800MHz约200mm长400MHz约400mm长1/4波长1/4波长1/2波长振子对称振子39半波振子上的场分布半波振子上的场分布40垂直极化水平极化+45度倾斜的极化-45度倾斜的极化天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向天线的极化方式41V/H(垂直/水平)倾斜(+/-45°)传输两个独立的波，两个天线为一个整体。天线的极化方式双极化天线42如果电波在传播过程中电场的方向是旋转的，就叫作椭圆极化波。旋转过程中，如果电场的幅度，即大小保持不变，我们就叫它为圆极化波。向传播方向看去顺时针方向旋转的叫右旋圆极化波，反时针方向旋转的叫做左旋圆极化波。垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收；水平极化波要用具有水平极化特性的天线来接收；右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的天线来接收；而左旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收。天线的极化方式圆极化波43当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，在接收过程中通常都要产生极化损失，例如：当