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？
8 [" ^/ H: u0 @1 o% X1 S
) u* _! b7 u, {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。
& H0 D, q5 ~  G
' P9 _- t; [, U" ~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。

$ y  o: A4 y& P; s/ |     二、芯片选型
1 }, U$ u/ |' Q: p& a/ \
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。
* S% j" F# t% s0 _关键指标

# X8 Q* ]3 k5 N3 ^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：
" Q, j* o7 U6 R
' }5 g  l# g: {$ H# V各模式输出功率
2 E, e8 X8 r7 F5 u6 W* [
各模式接收灵敏度
/ e* N% d% t4 ^4 I* i: i
6 Z, o8 E, `! x. _6 T7 N9 g各模式最大接收电平

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。
" p2 I" u6 }6 w# F! J3 M6 d3 j
ESP32：
+ l+ l3 o: F' {5 x/ A  i



nRF52832：



6 P! m* o5 B% o" Q) B' L
9 K6 {; H8 ~1 h( i, H4 @! k链路预算

弗里斯传输公式
" q- @( `2 a0 F8 m. y+ t

或

6 t3 B9 e0 v: R! WLg（Pr）=Lg（Pt）+Lg（Gt）+Lg（Gr）+2Lg（λ/4πR）

注：f*λ=C

Pr为接收λ到的功率

Pt为发射功率

! y2 e4 U& B+ K& DGt为发射天线增益

Gr为接收天线增益

% ^  O, \0 }/ L7 m! Rλ为波长
. L; P" w1 G: l5 {, v
: v2 K8 l# ?7 t! I2 L3 ~, ^* r% }R为收发机之间的距离

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：

! D6 F; o' R# B: ]8 V5 o5 T1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）
5 o! A/ p  t7 j/ v9 b
举例：

: \2 Z: K, j  q# C' ^  g! M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
9 e7 ~1 R! }. b4 `; r$ d5 \
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 ]$ F0 U% [* Q9 D. S: J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。

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。
# t5 I6 A: ~" {& Z6 H1 W' y
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。
$ ]* n5 a( k3 `, v# z( [' ?+ z& d- b/ E2 u
( m8 a) D: f6 `- r* P! F; E4 K: [4 {8 o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。

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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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5 ]7 w2 q* }7 y* {4 D2 b一般电阻的大小越小射频性能越好