射频、光纤基础知识.ppt

射频、光纤的基础知识 （附：移动通信网介绍） 目录 基本物理量和基本概念介绍 常用射频器件、模块及参数介绍 光器件介绍 附：移动通信网介绍 1、基本物理量 、基本概念的介 绍 功率/电平 功率理论上定义为做功的速率。单位为 mW、W（瓦）、kW等。 电平功率的另一种表示。单位为dBm（取 1mW为基准值，以分贝表示的绝对功率电平） 。 换算公式：电平(dBm)=10lg(功率mW1mW) 。 如 5W10lg5000=37dBm; 10W10lg10000=40dBm.（功率增倍，电平增 加3dB） 输出功率指放大器的功率输出能力。常以 功率或电平表示。 增益（dB） 增益指放大器或系统的功率放大倍数，单位为分贝（ dB）。 增益（dB）=系统输出电平（dBm）系统输入电平（dBm） 系统 输入电平输出电平 插损（dB） 插损插入损耗的简称，表示当电路中接入某一无源器 件或部件后所引起的损耗（即衰减）。单位为分贝（dB） 。 插损（dB）=器件输出电平（dBm）器件输入电平（dBm ） 器件 输入电平输出电平 选择性、带宽 选择性衡量滤波器选择有用信号同时抑制无用信号 的能力。常用带宽BW、矩形系数K0.1来表示。 带宽BW滤波器对信号的衰减为-3dB时所决定的频率 宽度。 矩形系数K0.1滤波器对信号的衰减为-20dB(或-40dB 、-60dB）时的频宽与滤波器带宽BW的比值。其值越接 近于1，滤波器的选择性越好。 3dB BW 20dB BW0.1 f fC K 0.1=BW 0.1/BW 阻抗匹配 阻抗匹配使系统反射系数为零，即 无反射时称为匹配。 相应的传输线有三种状态：无反射状态 （行波）、全反射状态（驻波）、行驻 波。 驻波比、回波损耗 驻波比行驻波状态时，波腹电压与波节电 压之比（VSWR）。 回波损耗RL（dB) =反射信号电平（dBm）入 射信号电平（dBm） 驻波比（SWR ） 回波损耗（dB ） 1.21.251.31.351.41.5 211917.616.615.614.0 驻波比回波损耗对照表 ： 三阶互调 三阶互调若存在两个正弦信号1和2，由于 非线性作用将产生许多互调分量|p 1 q 2 |， p+q称为阶。其中的2 12和2 2 1两个频率分 量称为三阶互调分量。 三阶互调系数M3三阶互调分量的功率P3和信 号1或2的功率P 1（2）之比称为三阶互调系数M3 ，即M3=10lgP3/P1 (dBc)。M3越小，互调干扰就越 小。 f 1 22 122 21 P1 P3 噪声系数（NF） 噪声系数（NF）衡量电路或系统的噪声性能 好坏（噪声恶化程度）的参数。定义为输入信（ 载）噪比与输出信（载）噪比的比值。单位为分 贝（dB）。 NF（dB）=输入载噪比（dB）输出载噪比（dB ） NF（dB）越小，系统噪声性能越好。理想时， NF=0dB（1）。 耦合度 耦合度耦合端口与输入端口的功率比。单位为dB 。 耦合度（dB）=耦合端口功率（dBm）输入端口功率 （dBm） 耦合度为10dB 损耗为0.7dB 耦合器 输入端口 输出端口 耦合端口 20dBm 10dBm 19.3dBm 隔离度 隔离度非耦合端口与输入端口的功率比， 单位为dB。 隔离度（dB）=非耦合端口功率（dBm）输入 端口功率（dBm） 例如：天线隔离度LC指天线1的输出功率 与它进入天线2输出端（末级）的功率之比。 （图中L1称为转换损耗指天线2上来自天 线1的功率（即干扰）与天线2产生的互调产物 功率之比。） 12 LC L1 天线增益（dB）、天线前后比F/B 天线增益指天线将发射功率往某一指定方向 集中辐射的能力。一般把天线的最大辐射方向上 的场强E与理想多向同性天线均匀辐射场强E0相 比，以功率密度增加的倍数定义为增益，即Ga= （E / E0）2。 天线增益Ga（dB）=10lg Ga（dB） 天线前后比F/B指最大正向增益与最大反向 增益之比，用分贝（dB）表示。其值越大天线的 方向性越好。 天线方向图（波瓣图） 天线方向图表示天线各辐射方向的场强的 图（或者说是天线辐射的电磁波在空间存在的 范围）。由于方向图呈花瓣状，又称为波瓣图 。 方向图宽度表示天线辐射能量集中的程度 ，又称半功率波瓣宽度。其定义为辐射功率下 降到最大辐射方向的一半（或者说场强下降到 最大方向的0.707倍）的两个方向的夹角（20.5 ）。一般是方向图越宽，增益越低；方向图越 窄，增益越高，向前辐射能力强。 E面方向图指与电场平行的平面内辐射方向图 。 H面方向图指与磁场平行的平面内辐射方向图 。 天线波瓣图 后瓣 旁瓣 主瓣 Emax 0.707Emax 0.707Emax 20.520 单工、双工 单工有单频单工、双频单工之分。单频（同频） 单工制，即收发使用同一频率，由于接收和发送使用 同一个频率，所以收发不能同时进行，称为单工。适 用于用户少、专业性强的移动通信系统中（如对讲机 ）。 双工异频双工制，即收发双方使用两个不同的频 率，任何一方在发话的同时都能收到对方的讲话。但 这种工作方式的缺点是发射机总是工作的，故耗电大 。 准双工MS的发射机仅在发话时才工作，而接收机 总是工作的，这样MS可省电。准双工与双工制兼容， 在移动通信中广泛应用。 2、常用射频器件、 模块及参数介绍 放大器（Amplifier） 放大器（Amp.）用于实现信号放大的电路 。有低噪声放大器（LNA）和功率放大器（PA ）。 主要指标增益、饱和功率(ALC电平）。 LNA PA 滤波器（Filter）、双工滤波器（Duplex） 滤波器通过有用频率信号而抑制无用频率信号的 电路、器件或模块。有有源滤波器和无源滤波器之分 。 主要指标选频宽度（带宽BW）、选择性、插损、 带外衰减。 双工滤波器简称双工器。可把两路不同频段的信 号合成一路，或把一条传输线中两路不同频段的信号 分成两路。 主要指标插损、隔离度。 DUP 环行器、双工环行器 环行器使信号单方向传输的器件。 双工环行器即双工环行滤波器，是一种能使 信号实现单方向传输的双工滤波器。根据信号走 向来完成分路、合路的功能。 DUP 衰减器（Attenuator） 衰减器在相当宽的频段范围内一种相移为 零、其衰减和特性阻抗均为与频率无关的常数 的、由电阻元件组成的四端网络。其主要用途 是调整电路中信号大小、改善阻抗匹配。衰减 的单位为dB。衰减器有功率容量的要求。 主要用途衰减器主要用于放大器输出功率 测试，为测试配件（先衰减，再进频谱仪）。 可变衰减器用于主机输入信号的调整，多用于 室内直放站。 耦合器（Coupler） 耦合器实现从主干通道中提取出部分信号 的器件。 分类按耦合度的大小分为5、10、15、20 、dB不同规格；从基站提取信号时可用大功 率耦合器（300W），其耦合度可从6065dB中 选用。耦合器的接头多采用N头。 耦合度为10dB 损耗为0.7dB 耦合器 主干通道 耦合端 20dBm 10dBm 19.3dBm 功分器（Power splitter） 功分器进行功率分配的器件。有二功分器 、三功分器、四功分器等；接头类型分N头（ 50）、SMA头（50 ）、和F头（75 ）三 种，我们公司常用的是N头和SMA头。 主要指标插损、隔离度 10dBm 6.5dBm 6.5dBm 损耗3.5dB 负载、转接头 负载终端在某一电路（如放大器）或电器 输出端口，接收电功率的元器件、部件、或装 置，统称为负载。 对其要求阻抗匹配和所能承受的功率。 转接头把不同类型的线缆接头连接在一起 的器件。 接头类型SMA/N/BNC/TNC/F/DIN ，接头 分公型（J）和母型（K）。 天线、馈线 天线（Antenna）是将高频电流或波导形 式的能量变换成电磁波并向规定方向发射出去 ，或把来自一定方向的电磁波还原为高频电流 的一种设备。 馈线是传输高频电流的传输线，通常是同 轴电缆。指标为线损（dB）。 3、光器件介绍 光功率、光端机 光功率衡量光信号大小的指标。可用光 功率计直接测试，其单位是dBm。 光端机主要由光发送机和光接收机组成 。光发送机的功能是把要传送的电信号转换 成光信号，并输入光纤中进行传播。光接收 机的功能是把接收到的光信号恢复成原电信 号。由于通信是双方的，所以光端机同时完 成电/光（E/O）和光/电（O/E）转换。 激光器、光接收器 激光器由激光二极管产生光信号并同 时完成光调制过程（即E/O转换）。激光 器用在光发射机中，主要指标是发出的光 功率。 光接收器完成光解调过程（即O/E转 换）。用于光接收机中，主要指标是接收 灵敏度。 光分路/合路器 光分路/合路器是一种能对光信号进行功率 的分配或合成（光分路/合路）的器件。（相当 于电信号的功率分配器和功率合成器） 波分复用器（WDMer） 波分复用器光合波器或光分波器统称为波 分复用器。它能将多个光载波进行合波（波分 复用器WDMer）或分波（解复用DeWDMer） ，使光纤的通信容量成倍的提高。目前采用 1310nm/1550nm波分复用器较多，它可将波长 1310nm和1550nm的光信号进行合路或分路。 主要指标插损和隔离度。 1.31m 1.55m 1.31m+1.55 m 光衰减器、光法兰头 光衰减器就是在光信息传输过程中对光功 率进行预定量的光衰减的器件。按衰减值分3 、5、10、15、20dB五种。 光法兰头即光纤连接器，实现两根光纤连 接的器件。目前公司采用FC型和SC型两种活 动连接器，既可以连接也可以分离。 光纤 光纤传输光信号的光导纤维，材料是玻璃纤芯和 涂覆层。分为多模光纤和单模光纤两大类。 单模光纤传输频率单一的单色直线光，芯径在 10m以下（如8.3 m/125 m光纤），其标准工作波长 为1.31 m/1.55 m。 多模光纤传输多频共存的多色波动光，芯径在50 m以上（如62.5 m/125 m光纤），其标