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1、第二章 物联网RFID技术,课程知识扩充1、射频信号2、射频信号的三大要素3、频段的划分请大家准备好记录本、笔，做好听课笔记，以便更深刻的理解、掌握。,扩充1：射频信号,射频信号（RF-Radio Frequency Signal）射频信号就是经过调制的，拥有一定发射频率且具有远距离传输能力的的电波。在电磁波频率低于100kHz时,电磁波会被地表吸收,不能形成有效的传输,一旦电磁波频率高于100kHz时,电磁波就可以在空气中传播,并经大气层外缘的电离层反射,形成远距离传输能力。为了能够在空中传播电视信号，必须把视频全电视信号调制成高频或射频（RF-Radio Frequency）信号，每个信号
2、占用一个频道，这样才能在空中同时传播多路电视节目而不会导致混乱。,扩充2：射频信号的三大要素,主要内容射频信号的三大要素频率要素功率要素阻抗要素dBm和dB,一、射频信号三大要素,在射频/微波系统工程中，频率、功率和阻抗这三个重要参数是表征射频/微波系统工程及电路的全部特性。这三个参数特性与所有的射频/微波电路类型、原理及特性密切相关。由于频率、功率和阻抗这三个重要参数是表征射频/微波系统工程的三大核心指标特性，故将其称为射频信号三大要素。它能够形象地反映射频/微波系统工程及其电路的基本内容。频率、功率和阻抗三方面既有独立特性，又是相互影响。频率、功率和阻抗之间的关系，如图所示。,一、射频信号
3、三大要素,二、频率要素,频率（f）频率一词在无线通信技术中的重要性怎么强调都不为过。如果要想从事无线通信技术，就一定要了解频率。以一个正弦波为例，信号在1秒内完成一个完整正弦波的次数（即每秒震荡周期数）就是信号的频率，单位为赫兹符号为Hz。例如蜂窝移动通信系统使用900MHz信号，也就是说在1秒内信号振荡9亿次，以今天的标准来看，这还不算是一个很高的频率。频率的概念是理解无线通信的关键，因为无线通信所涉及到的内容几乎都是与频率相关的，可以完全依据信号的不同频率将不同信号区别开。根据频率，可以将一个射频信号和另一个射频信号隔离，也可以区分不同的无线应用，比如：人可以听到的声音的频率范围一般是：0
4、.3 3.4 KHz。移动通信使用的频率范围一般用：800 2500MHz。,二、频率要素,带宽（f）带宽也是无线通信世界里非常常用的词。知道了频率是什么，理解带宽就不会很困难了，带宽是描述频率范围的方法，它等于器件或应用中最高频率和最低频率的差值，所以需要两个频率值来定义带宽。例如，某一个移动通信系统使用频率范围是825 835 MHz，也可以表示为8305 MHz，那么它的带宽就是10MHz。带宽和数据承载能力（数据速率）有直接关系。无线系统的带宽越宽，在一定时间内所承载的数据就越多，数据速率就越高。在实际应用中还会采用其它的技术手段来提高带宽的利用率（信息速率/带宽，bps/Hz），达到
5、在有限的带宽内传输更多数据的目的，如调制技术、数据压缩技术、频率复用技术等。无线通信系统的核心技术之一，就是如何利用有限的带宽支持更多的用户和更高的数据速率。,二、频率要素,在射频/微波电路里，直接与信号频率有关的电路及仪器有信号发生器、频率变换器、频率选择电路等。信号发生器：用来产生各种电信号的电路及设备，具体来讲，凡能产生符合一定技术特性的测试的信号源，称为信号发生器。频率变换器：频率变换器电路，通常是将某一个频率的信号变为另一个所希望的频率信号，具体的电路有分频器、倍频器、混频器等电路。频率选择电路：在射频/微波电路和设备里，常采用频率选择电路，这种电路通常是滤波器。滤波器是在复杂的频谱
6、情况下，选择所需要的频率范围，从滤波器的滤波特性来分，通常有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。在移动通信设备里，滤波器使用非常广泛，利用滤波器的滤波特性还可组成双工器、双频合路器等。,三、功率要素,功率（P）功率用来描述射频信号的能量大小，单位是瓦特（W）。它是由国际单位制SI基本单位导出的，由它派生出千瓦、兆瓦以及毫瓦、微瓦等单位。功率在射频/微波电路或系统设计中是一个重要的参数，电路或系统设计的主要指标是实现射频/微波能量的最佳传输。比如，室内分布系统实际上就是一个功率分布系统，利用微波器件和设备，将射频信号的功率分配到需要的区域。,三、功率要素,损耗（L）和增益（G）电信
7、号沿着某些导体流动，在此过程中，会遇到很多不同的叫做器件或元件的物体。有数百种不同元器件存在，但所有元器件都可归为有源的和无源的两类。所有器件都会呈现出损耗特性或者增益特性。如果输出的信号小于输入的信号，表明该器件有“损耗”。有很多具有损耗的器件，无源的，有源的。当一个大的射频信号进去，变成一个小的射频信号出来，剩下的那部分没有出来的信号转变成了热能，表现出损耗现象的器件将变热，损耗越大就越热，甚至熔化。这一点是特别注意！在实际工程中使用无源器件时要特别注意无源器件的功率容量。如果输出的信号大于输入的信号，表明该器件有“增益”，这样的器件一般叫做放大器，所有放大器都是有源器件。在手机里，电池就
8、和若干个放大器连接着，如果没有电池你的手机将完全无法工作。,三、功率要素,三、功率要素,载噪比（C/N）或载干比（C/I）载噪比：在通信中，载噪比（信噪比，S/N）是用来标示载波与噪声关系的标准测量尺度，通常记作CNR或者C/N(dB)。在满足接收功率电平的前提下，高的载噪比可以提供更好的通信质量和更高的可靠性。载干比：是指接收到的有用信号电平与所有非有用信号电平（干扰）的比值。在通信工程中，常使用载干比做为分析信号好坏的标准。其实C/N和C/I对于通信的影响是归一的，都是衡量有用信号（载波）和无用信号（噪声、干扰）的关系。C/N和C/I的好坏，在数字通信系统中直接关系到误码率的高低。,三、功
9、率要素,三、功率要素,有关射频/微波信号功率的基本电路衰减器：衰减器是指控制射频/微波信号功率的大小的器件，通常根据衰减量分为固定衰减器和可变衰减器两种。功率分配器/合路器：功率分配器是将一路射频/微波信号分成若干路的器件，一般是等分的。例如二功分器、三功分器。功分器也可以作为合路器使用，在各个支路口接不同频率的信号，在主路合路输出。定向耦合器：定向耦合器是一种有方向性的无源射频和微波功率分配器件。定向耦合器通常是耦合主路的一小部分功率到耦合端，用以检测主路信号的工作状态是否正常；在移动通信天线覆盖系统里，传输信号耦合一部分信号至天线，实现信号覆盖。耦合度通常可分为：5dB、6dB、7dB、1
10、0dB、15dB、20dB、30dB、50dB等。放大器：射频/微波放大器是提高射频/微波信号电平的有源电路。,三、阻抗要素,阻抗是线性电路理论中的一个重要参量，阻抗定义为电路上所加正弦电压和电流之比。根据工作频率的不同，阻抗分为集中参数阻抗和分布参数阻抗，现在常把集中参数阻抗称为高频阻抗；把分布参数阻抗称为微波阻抗。阻抗是在特定频率下，描述射频/微波电路对微波信号能量传输的影响的一个重要参数。对于微波阻抗的研究一般是与传输线的驻波和反射紧密相联系的。射频/微波电路的材料和结构对工作频率的响应决定电路阻抗参数的大小。在射频/微波系统工程里，例如移动通信系统工程，应设法改进阻抗特性，实现能量的最
11、大传输。阻抗最主要的要求是两个连接端的阻抗匹配。,三、阻抗要素,阻抗匹配在高频电路设计中是一个常用的重要概念，阻抗匹配是微波电子学里的一部分，主要用于传输线上，来达到所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的，不会（或很少）有信号反射回到来源点，从而提升传输效率，阻抗匹配则传输效率高。阻抗从字面上看就与电阻不一样，简单地说，阻抗就是电阻、电容抗及电感抗在向量上的和。阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，得到最大功率输出的一种工作状态。实际应用中，射频能量沿着来时的方向返回时称为反射。由于没有完美匹配，经常会有些射频信号被反射。通常，被反射的射频能量很小而不被注意。但是，在匹配很差的情况下，
12、大量射频能量被反射，系统将无法正常工作，甚至发送设备会由于大量能量的返回而损坏，通常这种很差的匹配应当绝对避免。,三、阻抗要素,50和75阻抗在射频信号进入自由空间之前，会在导体或器件内振荡。每个器件都有一个入口或出口，或两者都有。如果射频信号从一个器件穿过一个导体进入另外一个器件，导体和器件之间要有连接。为了方便，工程师将连接标准化，这样，一个公司生产的器件就可以和另一个公司生产的器件匹配工作，只有很小的信号损失。阻抗的度量单位是欧姆。至于为什么是50，这只是一个巧合，第二次世界大战期间，军队需要连接一些碰巧是50阻抗的天线，于是，他们开发了一些50的电缆（后来称为RG-58）并大量使用，其
13、它所需要连接的设备都只能是适从50了。50是最佳的吗？答案是否定的。以射频电缆为例，75的性能更佳（即衰减更小）。它是近期开发的，75是用于有线电视中的阻抗。相应地，现在有两种阻抗标准：通信射频用50和电视射频用75。,三、阻抗要素,有关射频/微波阻抗的基本电路阻抗变换器：阻抗变换器，通常是增加合适的元件或结构，实现一个阻抗向另一个阻抗的过渡。阻抗变换器的变换方法，可采用/4阻抗变换器或渐变线阻抗变换器，使不匹配的负载或两段特性阻抗不同的传输线实现匹配连接。阻抗标准器：微波阻抗标准器，用于微波测量中的标准器是指标准同轴线和标准波导段，它们是特性阻抗的实物标准量具。微波阻抗标准器通常有标准空气线
14、、标准波导、1/4波长短路器、同轴标准负載、波导标准失配负載和可变式标准负载等。天线：天线是无线通信、广播电视等工程系统中辐射或接收无线电波的部件，它是一种特定的阻抗匹配器，实现射频/微波信号在封闭传输线和空气媒体之间的匹配传输。,四、dBm和dB,在通信技术中需要理解一个很重要的单位是“dBm和dB”。对于功率：PdBm=10lg（PmW）。对于衰减或增益：GdB=10lg（PoutmW/PinmW)=PoutdBm-PindBm。正值为增益，负值为衰减。工程中进行链路分析都是使用dBm和dB进行计算。dBm和dB之间只有加减，没有乘除。dBm-dBm实际上是表示两个功率相除，单位为dB，就
15、是增益（正值）或衰减（负值）。信号电平-噪声电平就是信噪比（S/N）。比如：30dBm-0dBm=30dB（表示1000mW/1mW=1000倍）。dBmdB表示信号经过放大（+）或衰减（-），单位为dB。dBdB表示放大或衰减级联，单位为dB。dBm加dBm实际上是两个功率相乘，没有实际的物理意义。,四、dBm和dB,四、dBm和dB,使用分贝做增益或损耗的单位主要有三大好处。数值变小，读写方便。一个通信系统的总放大倍数（或衰减比例）常常是几千、几万甚至几十万。比如，一个收音机从天线收到信号到送入喇叭放音输出，一共要放大20000倍左右。用dB表示为43dB，数值小得多。加减计算，运算方便。
16、放大器级联时，总的放大倍数是各级相乘。用dB做单位时，总增益变成各级相加。若某放大器前级是100倍（20dB），后级是20倍（13dB），那么总功率放大倍数是10020=2000倍，总增益为20dB+13dB=33dB。功率（dBm）和增益（dB）也可以直接相加，如10mW的输入功率（10dBm）放大20倍（13dB），输出功率：1020=200mW，用dB计算：10dBm+13dB=23dBm。,四、dBm和dB,数值直观，估算方便。人听到声音的响度是与功率的相对增长呈正相关的。例如，当电功率从0.1瓦增加到1.1瓦时，听到的声音就响了很多；而从1瓦增加到2瓦时，响度就相差不是很多；而从10瓦增强到11瓦时，没有人能听出响度的差别来。如果用功率的绝对值表示都是增加了1瓦，而用增益表示分别为10.4dB（0.1 1.1瓦），3dB（1 2瓦）和0.4dB（10 11瓦），这就能比较直观地反映出人耳听到的响度差别了。Hi-Fi功放上的音量旋钮刻度都是标的dB，音量的改变更加直观。,dB数值中，需要记住以下的概念：3dB指的是两倍（乘以2），10dB指的是10倍，X0dB指的是10X倍。-3dB和0dB两个点是必须了解的，-3dB也叫半功率点，这时功率是正常时的一半；0dB表示没有变化,
