·电磁场与波的可视化:射频技术中的电磁场和电磁波是抽象的概念,很难直接观察和理解,需要借助数学模型和仿真工具来进行分析和研究,这对于初学者来说具有一定的难度。
·射频参数的理解:射频领域中有许多独特的参数,如驻波比、反射系数、插入损耗、回波损耗等,这些参数的含义和相互关系较为复杂,需要花费时间去理解和掌握。
·高频电路理论:与低频电路不同,射频电路中的元件特性会随频率发生显著变化,如电感、电容的寄生参数效应明显增强,传输线效应不可忽略等,这使得电路分析和设计变得复杂,需要掌握高频电路的特殊分析方法和设计技巧。
PCB到高频不仅仅是一个有内阻的传输线
·信号处理知识:射频信号通常需要进行调制、解调、编码、解码等处理,涉及到数字信号处理和通信原理等方面的知识,要求学习者对信号处理的算法、协议等有深入的理解。
以上种种,射频总是让人望而却步。
那么射频有没有什么更好的学习和理解方法?
理解一个问题,从底层开始理解学理论知识往往比较困难,对与工程设计来说我们重点在用。所以我们要从用的角度去理解它。
1.首先我们需要的信号也就是基带信号,频率比较低,基带信号的频率较低,通常在几十HZ-几千Hz的范围内,这样的信号在空气中传播时会发生较快的衰减,导致传输距离受限。
2.信号在空气中传播要利用电磁转换,将电信号转变为电磁波信号,而这个转变需要天线。天线的长度与电磁波的波长有关,波长(λ)等于光速(c)除以频率(f),即:
λ = c / f通常天线的长度应大于等于波长的四分之一。基带信号的波长较长,因此所需的天线尺寸也会非常大,这在实际应用中是不现实的。
3.容易受干扰,如果信号都集中在基带频率,那么频率会出现大量的拥挤,互相干扰。
所以就出现了射频传输,天线尺寸更小,频率更宽。射频其实就是将有用信号搬到了更高的频率上,实现了更方便、安全、有效的传输。
雷达也一样,需要较短的波长实现更高的分辨率。
从通俗的角度来说,射频就是一个通道,更快捷传输的通道。将信号比作人,不同频率的射频就是不同速度的交通工具(有的是汽车、有的是高铁、有的是飞机),最终的目的就是将人运输到目的地。
总之:射频就是一个载体,搭载基带信号(调制),将基带信号传输到目的地(电磁传输),然后就完成使命(解调)
既然射频是一个工具,那么它的任务就是无损传输信号。但是实际上运输过程怎么会没有损耗?
信号经过射频通道只会恶化SNR,所以我们要尽可能的降低损耗——减小SNR的恶化。
²恶化的过程有射频自身的。
寄生参数(电感、电容、PCB走线)
传输不匹配带来的(做不到完全匹配)
电路器件带来的(幅度不平、相位抖动、压缩、混频杂散、噪声)
²恶化的过程有外界引入的。
外部电磁干扰源众多,例如附近的无线电发射设备、电机、开关电源等。这些设备产生的电磁波会耦合到射频通道中,造成干扰。
综上:基带信号只要进了射频链路就会恶化SNR,所以要尽可能的减少射频链路对信号SNR的恶化。因此一切目的为了保SNR服务。
1.匹配,减少信号的反射,匹配的原则就是围绕smith绕圆,弄不懂圆图也没关系,记着电感,电容绕圈的规则,而微带线、短截线就是值比较小的电容电感
2.减小寄生参数的影响
电感、电容到了高频就仅是电感和电容,就会呈现其他特性*左图为理想电感,右图为实际电感
到了微波毫米波,所需电感、电容太小,已经无法用集总参数实现,这个时候就会出现微带电容电感
正常的的PCB走线按照走线的阻抗设计布线就可以,到了射频(微波、毫米波)就会出现寄生参数,对于微波毫米波零点几pf电容就会产生较大的谐振影响。
所以随着频率的走高,走线规则要考虑到寄生参数引起的电容电感对电路的影响。
3.频谱搬移、滤波
因为射频电路中会出现自身电路、外界干扰的影响,所以为了降低此类干扰的影响就出现了频谱搬移、滤波等,混频器、滤波器、放大器就是射频主支路的关键构成器件。
而耦合器、环形器、检波器等器件主要是为了完善电路中的某种功能而出现。
射频技术理论虽然复杂抽象,但只要我们掌握了正确的学习方法,从工程实用的角度出发,理解射频技术的本质和任务,就能够理解射频要做什么。