射频——选型、架构、指标、调测

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    一、 简介
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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。
  S* A1 I6 U# V3 e# R# g
那么什么是射频？
, u8 ]# S+ |. D( B" Q
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。
( `1 ]6 a  e1 i2 d) Z' H+ Z9 v
7 I, g8 i1 z! i: s+ `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
: p: _- ]1 o, G  V$ ^
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：

各模式输出功率

各模式接收灵敏度

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。
- G0 R' _% ~0 y8 K
3 i$ D, U0 c7 r' |, {ESP32：



& a, Z& H; q- `1 j
. e- H1 n% H2 ?6 A; {# m% q2 v% |! j nRF52832：

链路预算
7 K9 M! `# r& ?* w% v
弗里斯传输公式

或

Lg（Pr）=Lg（Pt）+Lg（Gt）+Lg（Gr）+2Lg（λ/4πR）

注：f*λ=C
" H3 w. S/ G2 r2 C( z- ?
( p; i; t% k2 r3 }9 y  {8 ]Pr为接收λ到的功率

Pt为发射功率
/ o- W! r4 a2 W/ t! g
% _$ e2 t2 n" y+ P+ qGt为发射天线增益

Gr为接收天线增益
( |3 L5 F$ n0 h, L6 [3 u+ Z
4 l" q: A2 g% K0 y! F( I% v5 \λ为波长
" a( C5 w5 s& Q0 Q4 x
  Y( L+ u: b' y3 w8 S0 Y$ z$ d3 mR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：

1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）

+ Z5 f/ e. B, H* D( K- p举例：
& |& G; Q$ g- {. b" q* p5 v
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

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）。

2 b# M: X3 C  G3 m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。
: e' I* r2 b2 L8 _
  y" ~3 h- w! M/ D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。
- b' L4 v1 q$ X& L; F/ G
2 B) b  E) _3 h" D' j/ K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。
$ q4 G# N& m' W/ Q  W+ e/ V7 {

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

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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。