射频基础知识和传输方程
一、射频基础
1.波长和频率
电磁波在空中的传输方程为 c = λf。 其中λ为电磁波波长,f为频率。
也就是意味着,f越高,λ越小。f越小,波长越长,衍射能力越强,传输距离越远。
2.电磁波频谱划分
其中,射频频率范围从300kHz~300GHz之间。
3.功率单位
功率的一般定义是P=UI。单位为W、mW等。我们实际应用芯片电压供电单位为V,电流为mA级别,故实际上功率的话是mW单位用的比较多。由于射频频率下,功率值的范围比较宽泛,比如0.000001mW和1000mW,这种以W为单位的功率表示称为线性功率。这样的话用十进制表述时带来不便。所以我们更多的是采用将线性功率转换为对数功率形式进行表示,以方便使用,单位为dBm或dBW,前者单位表示以mW进行取对数,后者是以W单位取对数。
对数功率(dBm) = 10lg线性功率(mW)。
比如
0.00001 mW= 10lg0.00001dBm = -50dBm。
2mW = 3dBm
5mW = 7dBm
10mW = 10dBm
20mW = 10*(lg2+lg10)=10lg2+10lg10 = 3dBm+10dbm =13dBm
我们可以计算到,比如A设备功率比B大3dB,那么A的输出功率(线性功率)是B的大约2倍。如果A设备功率比B大10dB,那么A的输出功率(线性功率)是B的大约10倍。
“小功率”系统中(例如无线局域网络设备)每个 dB 都非常重要,特别要记住“ 3 dB 法
则”。每增加或降低 3dB ,意味着增加一倍或降低一半的功率:
-3dB =1/2 功率
-6dB =1/4 功率
+3dB =2x 功率
+6dB =4x 功率
例如:100mW 的无线发射功率为 20dBm ,而 50mW 的无线发射功率为 17dBm ,而200mW 的发射功率为 23dBm。
附:常见lg数值
lg1=0
lg2=0.3010
lg3=0.4771
lg4=0.6021
lg5=0.6990
lg6=0.7782
lg7=0.8451
lg8=0.9031
lg9=0.9542
附:常见lg计算公式
1.log(MN)=logM + logN
2.log(M/N)=logM - logN
3.logM^N = NlogM
4.lg2 = 1 - lg5(比较常用)
4.功率增益和衰减
在无线系统中, 天线被用来把电流波转换成电磁波。由于无线系统中的电磁波能量是由发射设备的发射能量和天线的放大叠加作用产生,天线在转换过程中还可以对发射和接收的信号进行“放大”,这种能量放大的度量成为 “增益 (Gain ),天线增益的度量单位为“dBi”,表示放大的倍数。
发射总能量=发射功率dBm+天线增益dBi。
比如发射功率20dBm ,天线增益为3dBi,
发射总能量=20+3 = 23dBm ≈ 200mW 。注意每提升3db,功率放大了原来的一倍。
反过来,信号在传输过程中会有损耗,损耗称为衰减(Lose)。