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WIFI射频知多少之低噪放和天线

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国庆长假到了今天已经是最后一天了,很快大家又将回归到忙碌的工作状态了。关于WIFI射频的内容已经进行了两期,随着长假行将结束,今天我们将带来这个系列的最后一期:低噪放和天线。长假之后,RFLab射频实验室还会陪着大家继续在射频之路上一路前行! 低噪声放大器低噪声放大器的性能直接影响着整个设计的灵敏度。 低噪声放大器的有四个部分组成,输入回路,输出回路,放大电路,增益控制。 9505d343045bb9fbc5899e4a19826e14.jpg 低噪放的主要参数除了噪声系数以外,以下几个参数也是我们需要关注的: 功率增益 增益平坦度 工作频带 动态范围 功率增益主要就指低噪声放大器的增益能力,增益平坦度描述放大器在工作频带内频率变化引起的功率增益的波动,工作频带就是指放大器的正常工作的频率范围,动态范围是指放大器允许输入的最小和最大功率范围。 输入回路和功率放大器一样,低噪声放大器的输入回路中也会有匹配网络,但是Atheros很少看到低噪放的输入匹配网络,而Ralink几乎在每个设计中都中规中矩的使用PI型匹配网络,下图就是Ralink常用的PI型匹配网络。有了匹配网络,我们可以最大限度的保证我们的设计是高性能的,也就是High-Performance。 2141317657b8afae400ed30ccf836b6f.jpg 电源与增益控制增益控制的作用是很明显的,当接收到的信号强度较低时,我们可以提高低噪声放大器的增益,保证信号可以正常被接收;当接收信号的强度较高时,可以降低低噪声放大器的增益,以免造成信号阻塞。这就是所谓的自动增益控制(Auto Gain Control,AGC)。 低噪声放大器的增益是依靠改变供电电压来实现的,三极管放大电路的放大倍数和供电电压有密切关系。 完整设计的低噪声放大器图中的LNA_GAIN是来自无线收发器(Radio Transceiver)的增益控制信号,放大器使用的晶体管就是最常用的SGA-8343,R238,R239,R240是基极的偏置电阻,C219,L20,C220组成了低通滤波器,来自切换芯片(Switch)的LNA_IN通过低通滤波器之后经由C218耦合至低噪声放大器,Q2与C221,L51,C214,R240,C210,R239,R238,C211,R241,C215,L52组成了共射极放大电路,最终输出RFIN送至收发器进行处理。 尤其值得我们注意的是,在每一个节点处,都放置了滤波电容,这样,就可以最大限度的消除任何可能的噪声,从而实现性能优秀的低噪声放大电路。 62d23366ba4885d53aec1eb8d6019678.jpg 收发切换电路收发切换电路实现的功能就是进行发射与接收的切换,通常其最重要的组成部分就是一颗芯片:芯片的选择,发射与接收回路,天线回路,控制管脚的处理。在选择切换芯片时,我们主要关注以下几个参数: 工作频率 切换速度 关断的隔离度 导通的衰减 控制电压 天线与天线连接器WIFI路由器有单天线和多天线之分。老一代无线路由器的天线肯定不会超过一根,这里的“老一代”指的是802.11n协议以前的802.11a/b/g路由,老的54M产品就只有一根天线。这样的话,802.11n显然成了一条分水岭,也是从那时开始天线不再只有孤零零的一根(1t1r的150M是个例外),那到底是怎么一回事?这里我们就要提到一项11n协议之后才得到具体应用的多天线技术,也是无线通信领域一项非常重要的技术——MIMO(Multiple-Input Multiple-Output,多入多出),MIMO是一个深刻的话题,而且它更多是与信号处理方面的内容相关而非射频本身,这里我们就不细说了。回归到天线本身,下面就是一个常见的WIFI鞭状天线。 2c86d13da74b965bbd9a9dd3dcdb1880.png WIFI天线一般是全向天线,即在水平方向图上表现为360°都均匀辐射,也就是平常所说的无方向性,在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束,一般情况下波瓣宽度越小,增益越大。全向天线在通信系统中一般应用距离近,覆盖范围大,价格便宜。全向天线增益一般在9dBi以下。 cf72531d97020ba353a0662ad2c2a93d.jpg 下面搬出一个网上见得最多的这个经典来看看,这个可是有理论数据支持的。 490fc32097bad07c6803885a84966c8b.jpg 在电路设计上,在天线或者天线连接器的附近放一个PI型匹配网络是常见的做法。 66f3c8ff7c2fde7339368ddc8580fd28.jpg 完整设计的射频电路功率放大器是由带通滤波器,PI型匹配网络,功率微波器件,增益控制,供电电路,功率检测,温度检测低通滤波器这些部分组成的;低噪声放大器是由PI型匹配网络,低噪声放大电路和增益控制组成的;收发切换器是由PI型匹配网络,切换芯片,滤波器组成的;天线和连线连接器部分是由PI型匹配网络和连接器组成的。下面就是一个完整的WIFI射频系统。 a650c6b1d90e15f73d6f6ad7e710281a.jpg 好了,关于WIFI射频的内容就全部介绍完了。节后RFLab射频实验室将带来更多深度内容,希望大家持续关注哦!本文来源:互联网 由RFLab射频实验室编辑整理
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4 个评论

isheng  上等兵  发表于 2018-2-2 14:15:47  | 显示全部楼层
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mxm15271895639  士官①  发表于 2018-3-3 17:01:52  | 显示全部楼层
本人自学天线设计,在遇到迷茫期的时候幸好遇到汪朋老师,听而他的课收获非常大,个人觉得对于自学者和初学者非常有用,课程内容和试听课链接如下,
天线设计实战课程视频教程录播课,包括:
1、经典结构天线设计(包括蛇形天线、IFA天线、PIFA天线、LOOP天线和缝隙天线等经典结构的设计分析和实例演示);
2、天线匹配网络设计(采用ADS和HFSS联合仿真,包括窄带匹配电路设计、宽带匹配电路设计和多频匹配电路设计);
3、全网通手机天线设计(包括单极子板载手机天线、立体结构式手机天线、PIFA手机天线、全金属边框手机天线、全金属背盖手机天线等多种主流手机天线的设计分析实例演示);
4、滤波器设计高级课程(LC滤波器、微带高低阻抗滤波器、平行耦合微带滤波器、最佳分布式微带滤波器等主流结构的滤波器设计分析与实例演示);
5、功分器设计(包括一分二功分器、一分四功分器和多级超宽带功分器设计分析和演示);
6、基站天线阵元设计(主流45度极化MIMO高增益定向天线)。有意者联系:本人qq:247972156,汪老师qq:3180564167
IFA天线试听:由于我暂时还没有权限发链接,请联系我要试听课链接。
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yulin008  少校  发表于 2018-3-3 21:50:38  | 显示全部楼层
分析易懂!
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Yip_Pun_Kuen  版主  发表于 2018-3-7 11:56:56  | 显示全部楼层
重新稳固一下知识
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