射频——选型、架构、指标、调测

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    一、 简介
, G! k1 A9 T" K2 v9 Y  j# |) A
$ Q' P) \9 r# j$ Q7 {) x2 A" S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。
. V  Y5 @$ g! e% l8 r
3 ~: ?" V& _) L* S那么什么是射频？

+ D) |3 q8 C/ j% W* \) W# g1 W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。

     二、芯片选型

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
; S/ m) Y, d+ a
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：
" e) F0 d, l2 B- ^* q/ u
各模式输出功率
5 ?( V; B  ?; y2 p6 K% y
4 \! p5 j  q9 v0 p各模式接收灵敏度
' i" E$ K; Z- `& w
+ L5 W- C. y4 B; g! o" ~各模式最大接收电平
8 s6 ^! l) ^$ q9 G
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。

ESP32：


4 s9 R6 ?' N- |! M- |

nRF52832：

& A' v/ Z* \; C- |: S* ~链路预算

弗里斯传输公式

( q0 o1 Q# K5 ^* l9 N或
: h& v; S3 z2 {8 s$ A% F
Lg（Pr）=Lg（Pt）+Lg（Gt）+Lg（Gr）+2Lg（λ/4πR）

注：f*λ=C

Pr为接收λ到的功率
! p; j' M4 A$ X# G/ {9 s/ n9 k
' R7 ~& e% s% r; nPt为发射功率
# m, Z0 ]1 s# Z) n
Gt为发射天线增益

9 I, o" ^& U( g0 b% NGr为接收天线增益

  k  Q" h# F; Z% T. L8 `8 A6 d% N. hλ为波长
; }3 Q" q$ }0 F
R为收发机之间的距离
4 p- F1 Q* S- M& g
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：

4 t8 w5 h' Q  E* s$ S2 k0 O& I1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）
1 _! j" }/ i2 s& D3 a
# T# P- R7 g& g举例：
5 e) ~( \" |3 l  G% v' S
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
# k9 X# R' d7 \
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）。
. d7 R; Y7 W+ o  w( }
" L* t$ Q5 k* @7 F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。
$ Y  [; g! F8 p' b
3 J1 L  N1 s# X1 u% C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。

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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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。