射頻微波基礎知識科普

01無線電頻段劃分

一般情況下，射頻/微波頻段分為 米波（10-1m，30-300MHz），分米波（波長10～1dm,頻率300～3000MHz）、 厘米波（波長10～1cm,頻率3～30GHz）和毫米波（波長10～1mm,頻率30～300GHz）四個波段。

其后是亞毫米波、 遠紅外線、 紅外線、 可見光。

02研究方法 -- 微波技術

具體地,微波技術包括信號的產生、 調制、 功率放大、 輻射、 接收、 低噪聲放大、 混頻、 解調、 檢測、 濾波、 衰減、移相、 開關等各個模塊單元的設計和生產。

研究電磁波沿傳輸線的傳播特性有兩種分析方法。

一種是“場”的分析方法

即從麥克斯韋方程出發(fā),在特定邊界條件下解電磁波動方程,求得場量的時空變化規(guī)律,分析電磁波沿線的各種傳輸特性；

另一種是“路”的分析方法

即將傳輸線作為分布參數電路處理,用基爾霍夫定律建立傳輸線方程,求得傳輸線上電壓和電流的時空變化規(guī)律,分析電壓和電流的各種傳輸特性。

用上述兩種方法的結果是相同的，取決于哪個更方便。

在射頻/微波頻率范圍內，模塊的幾何尺寸和波長相似，分布參數的概念始終貫徹于工程技術的方方面面。

“結構就是電路”是射頻/微波電路的顯著特征。

射頻/微波電路的設計目標就是處理好材料、結構與電路功能的關系。

03射頻/微波的核心問題

射頻鐵三角：頻率，阻抗，功率

這三者是核心指標，相互獨立又相互影響

頻率

頻率是射頻/微波工程中最基本的一個參數,對應于無線系統(tǒng)所工作的頻譜范圍,也規(guī)定了所研究的微波電路的基本前提,進而決定微波電路的結構形式和器件材料。

直接影響射頻/微波信號頻率的主要電路有：

信號產生器：用來產生特定頻率的信號,如點頻振蕩器、機械調諧振蕩器、 壓控振蕩器、 頻率合成器等。

頻率變換器：將一個或兩個頻率的信號變?yōu)榱硪粋€所希望的頻率信號,如分頻器、變頻器、 倍頻器、 混頻器等。

頻率選擇電路：在復雜的頻譜環(huán)境中,選擇所關心的頻譜范圍。

經典的頻率選擇電路是濾波器,如低通濾波器、帶通濾波器、 高通濾波器和帶阻濾波器等。

近年發(fā)展起來的高速電子開關由于體積小,在許多方面取代了濾波器來實現頻率選擇。

在射頻/微波工程中,這些電路可以獨立工作,也可以相互組合,還可以與其他電路組合,構成射頻/微波電路子系統(tǒng)。

這些電路的測量儀器有頻譜分析儀、頻率計數器、功率計、網絡分析儀等

功率

功率用來描述射頻/微波信號的能量大小。

所有電路或系統(tǒng)的設計目標都是實現射頻/微波能量的最佳傳遞。

影響射頻/微波信號功率的主要電路有：

衰減器: 控制射頻/微波信號功率的大小。

通常由有耗材料（電阻性材料）構成,有固定衰減量和可調衰減量之分。

功分器: 將一路射頻/微波信號分成若干路的組件,可以是等分的,也可以是比例分配的,希望分配后信號的損失盡可能小。

功分器也可用作功率合成器,在各個支路口接同頻同相等幅信號,在主路疊加輸出。

耦合器: 定向耦合器是一種特殊的分配器。

通常是耦合一小部分功率到支路,用以檢測主路信號的工作狀態(tài)是否正常。分支線耦合器和環(huán)形橋耦合器可實現不同相位的功率分配/合成，配合微波二極管,完成多種功能微波電路,如混頻、變頻、 移相等。

放大器：提高射頻/微波信號功率的電路,在射頻/微波工程中地位極為重要。

用于接收的是小信號放大器,該類放大器著重要求低噪聲、高增益。用于發(fā)射的是功率放大器,對于該類放大器,為了滿足要求的輸出功率,可以不惜器件和電源成本。用于測試儀器的放大器,完善和豐富了儀器的功能。

阻抗

阻抗是在特定頻率下,描述各種射頻/微波電路對微波信號能量傳輸的影響的一個參數。

電路的材料和結構對工作頻率的響應決定電路阻抗參數的大小。

工程實際中,應設法改進阻抗特性,實現能量的最大傳輸。

所涉及的射頻/微波電路有：

阻抗變換器: 增加合適的元件或結構,實現一個阻抗向另一個阻抗的過渡。

阻抗匹配器: 一種特定的阻抗變換器,實現兩個阻抗之間的匹配。

天線: 一種特定的阻抗匹配器,實現射頻/微波信號在封閉傳輸線和空氣媒體之間的匹配傳輸。

04射頻微波工程基礎知識

關于分貝dB的基礎概念

通常情況下,射頻/微波電路用波的概念來描述能量的傳遞,用功率而不用電壓或電流。

由于便于測量和運算,分貝用的最多。

dBm：功率相對于1mW的比值；

dBw：功率相對于1W的比值；

dBi，就是天線相對于一個全向點源天線的增益比值

更多dB

功率對應關系表

05常用的射頻微波接頭

各種電路模塊需要用接插件連接起來。

這種連接可以是硬連接,也可以通過電纜軟連接。

電纜分為柔性電纜、軟電纜和半剛性電纜。

工程中的具體選擇由總體結構、 成本與性能等因素決定。

這些接頭都是陰—陽配對使用。

旋接時一手捏緊陰頭端，另一手旋轉陽頭端螺套，使接頭插針沿軸向拔出或插入，不應旋轉陰頭端，以免損傷插針和插孔。

接頭另一端焊接射頻/微波電路或與合適的電纜相接。

06射頻微波電路的應用

射頻/微波電路的經典用途是通信和雷達系統(tǒng)。

近年來發(fā)展最為迅猛的當數個人通信系統(tǒng),當然,導航、遙感、 科學研究、 生物醫(yī)學和微波能的應用也占有很大的市場份額。

下面歸納出射頻/微波電路的各種用途,并給出幾個應用實例。

無線通信系統(tǒng):

空間通信,遠距離通信,無線對講,蜂窩移動,個人通信系統(tǒng),無線局域網,衛(wèi)星通信,航空通信,航海通信,機車通信,業(yè)余無線電等。

導航系統(tǒng)：

微波著陸系統(tǒng)（MLS）,GPS,無線信標,防撞系統(tǒng),航空、航海自動駕駛等。

遙感：

地球監(jiān)測,污染監(jiān)測,森林、農田、 魚汛監(jiān)測,礦藏、沙漠、 海洋、 水資源監(jiān)測,風、雪、冰、凌監(jiān)測,城市發(fā)展和規(guī)劃等。

射頻識別：

保安,防盜,入口控制,產品檢查,身份識別,自動驗票等。

廣播系統(tǒng)：

調幅（AM）,調頻（FM）廣播,電視（TV）等。

汽車和高速公路：

自動避讓,路面告警,障礙監(jiān)測,路車通信,交通管理,速度測量,智能高速路等。

傳感器：

潮濕度傳感器,溫度傳感器,長度傳感器,探地傳感器,機器人傳感器等。

電子戰(zhàn)系統(tǒng)：

間諜衛(wèi)星,輻射信號監(jiān)測,行軍與阻擊等。

醫(yī)學應用：

磁共振成像,微波成像,微波理療,加熱催化,病房監(jiān)管等。

空間研究:

射電望遠鏡,外層空間探測等。

無線輸電:

空對空,地對空,空對地,地對地輸送電能等。

審核編輯：湯梓紅