什么是RF工程師的基本功【轉(zhuǎn)發(fā)】

曾經(jīng)有一次收到工廠實(shí)驗(yàn)室的測試報(bào)告,發(fā)現(xiàn)讓他們測的傳導(dǎo)雜散的一塌糊涂。大家一看結(jié)果炸鍋了,因?yàn)檫@結(jié)果打死也過不了認(rèn)證。

因?yàn)闇y試setup不是我指導(dǎo)的,所以我也搞不清楚究竟發(fā)生了什么,所以就換了工衣去實(shí)驗(yàn)室看看。

進(jìn)去了之后看了他們的信號連接,發(fā)現(xiàn)全是坑。

首先是他們把發(fā)射信號直接捅到頻譜儀上去了。

第一件事就是讓他們把發(fā)射功率關(guān)了。

我問他們?yōu)槭裁匆@么干,他們說一方面用頻譜儀監(jiān)測Tx power,然后切到帶外看雜散。

算了一下,從天線口到頻譜儀,算上雙工器線纜衰減器,到頻譜儀口上的功率16dBm——算上峰均比超過20dBm,還好勉強(qiáng)不會(huì)燒壞頻譜儀(一般限制是30dBm)。

事實(shí)上頻譜儀原本是個(gè)測小信號的東西,靠的是底噪低,用來測大信號的話一定要先用衰減器減下去,0dBm左右測的好好的,倒是信號大了容易失真,更不用說直接一個(gè)大功率殺進(jìn)去可能就把輸入端口燒壞了。

我于是告誡他們頻譜儀的輸入功率不能太大,保護(hù)儀表是第一。

然后他們重新接線,動(dòng)作還是很麻利的,然后接好之后,告訴我他們加了20dB衰減在上面——意思是這下終于不會(huì)燒儀表了。

我問他們要測的雜散大概功率多高,他們拿出一張表格來,上頭赫然列著一堆limits,基本上都在-60dBm左右。

好吧,那么我們來算算:按照1MHz RBW算,你要測一個(gè)-60dBm的信號,與此同時(shí)旁邊還有一個(gè)16dBm的信號,這么算來動(dòng)態(tài)范圍得要80dB。

所謂動(dòng)態(tài)范圍,是指從噪底到“最大無失真電平”的區(qū)域,在我們這個(gè)情況下,意味著保持所有AGC不變的情況下,既要測到-60dBm的雜散,還要保證16dBm的信號不會(huì)成為一個(gè)blocking而阻塞掉頻譜儀的接收機(jī)。

然后大家認(rèn)為最直接的解決方案就是繼續(xù)加大衰減,這樣讓頻譜儀入口的電平再低一些,就不會(huì)有射頻失真了。但是這樣另一個(gè)問題就來了——噪底。

按照一般頻譜儀噪底-150dBm/Hz,折算1MHz RBW應(yīng)該是-90dBm的噪底,這時(shí)候你要測到一個(gè)-60dBm的信號,那么至少你要讓被測信號落在噪底10dB以上。如果你一不小心加了30dB的衰減,那么雜散的電平恐怕就已經(jīng)淹沒在儀表噪底的汪洋大海之中了。

所以當(dāng)我們要測試一個(gè)小信號的時(shí)候,必須要考慮噪底的問題:這個(gè)噪底的來源可能有兩個(gè),被測信號的噪底或者頻譜儀的噪底,如果你希望檢測到一個(gè)很低的信號,那么就必須保證這個(gè)信號不會(huì)被頻譜儀的噪底淹沒——提高頻譜儀噪底的方法有多種:減小衰減,打開預(yù)放,等等。而為了保證在盡量小的衰減下頻譜儀不至于被大信號blocking,我們需要有個(gè)辦法干掉主信號。

所以我畫了這個(gè)圖:

圖里面最重要的其實(shí)是三件東西:衰減器,定向耦合器和陷波器(就是帶阻濾波器)。

定向耦合器的作用是“在盡量不損失主信號的前提下將被測信號分出一部分”,這樣主信號依然可以通過直通端進(jìn)入綜測儀,我們可以監(jiān)測功率是否準(zhǔn)確。

陷波器的作用則是“將不需要的主信號咔嚓掉,為頻譜儀提供足夠的動(dòng)態(tài)范圍和足夠好的噪聲底”,當(dāng)然陷波器一定不能把待測的雜散信號一塊咔嚓掉的。

衰減器的作用——先等等,放在后面說。

然后有人給我畫了一張這樣的圖:

貌似頻譜儀也不會(huì)過載,而綜測儀也能監(jiān)測功率?

而且他們覺得這樣用定向耦合器的耦合度替代了衰減器,一舉兩得。

然后他們會(huì)驚異的發(fā)現(xiàn)雜散(尤其是諧波)一塌糊涂——在工作的十二年間,我發(fā)現(xiàn)無數(shù)工程師、包括一些年頭不短的或者學(xué)歷很高的工程師,不知道陷波器端口上在阻帶內(nèi)的特性:RL很大,近乎全反射。如果像上面圖那樣做測試,DUT的發(fā)射功率有很大一部分被反射回去了,PA工作在嚴(yán)重失配的條件下,各種失真叢生。

假如修改一下,DUT輸出加一個(gè)衰減器,會(huì)好一點(diǎn):

因?yàn)檫@樣的鏈路,Tx信號首先經(jīng)過了xdB的衰減,再被反射回來,又經(jīng)過xdB衰減,才落回到DUT端口——這樣真正被“打回來”的功率被削掉了2*xdB。

當(dāng)然,最好的設(shè)置依然是第一張圖那樣。

所以在我們第一張圖(標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置)里,DUT輸出就是直接接了一個(gè)衰減器的,這個(gè)衰減器的作用就是為了減少無處不在的失配對DUT發(fā)射機(jī)的影響。以前做功放,我們總是習(xí)慣在板對板連接器(可能產(chǎn)生失配和不連續(xù))后面放上一個(gè)Pi衰減,不用很大,2~3dB就足夠讓回波損耗優(yōu)化很多。

話說回來,你們覺得這些東西書上會(huì)教嗎?顯然不會(huì)。但是如果書上的內(nèi)容都吃不透,你也沒有基礎(chǔ)可以想到這些。只是,念了那么多年書出來,每天坐在辦公室,不去實(shí)驗(yàn)室自己折騰那些箱子盒子電纜,你還是學(xué)不會(huì)這些。

當(dāng)然了,懂這些也沒什么用,我這樣的守廠民工照樣還是只能守我的工廠,寫ppt的照樣坐辦公室,這就是命。

作者介紹:

豬頭是頭豬,80年代人,射頻攻城獅,閑時(shí)愛好碼字兒,喜歡即興發(fā)揮,也擅命題作文。現(xiàn)為FindRF特約專欄作者,自己也經(jīng)營著一個(gè)低產(chǎn)微信公眾號“豬頭是頭豬”(沒錯(cuò),正著念倒著念是一樣的),公眾號ID:Huey-Dewey-Louie(沒錯(cuò),就是唐老鴨的那三個(gè)侄子)