整理笔记——射频基础知识
一、什么是射频
射频（RF），表示可以辐射到空间的电磁频率，频率范围从300kHz～300GHz之间。每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流，大于10000次的交流电称为高频电流，射频就是高频交流变化的电磁波。
处理信号的电磁波长与电路或元器件尺寸处于同一量级的电路成为射频电路。此时由于期间尺寸和导线的关系电路需用分布参数的相关理论处理。
1.1 阻抗的概念
电阻与电抗在向量上的和称之为阻抗，在设计高频电路经常听到的一个词“阻抗匹配”。
负载阻抗与电源内阻相等，非线性工作时，电子原件的内阻变动剧烈，通过电流时内阻很小，截止时内阻无穷大，因此输出电阻不是常数。在给定条件下，改变负载回路的可调参数（PCB走下宽度、电阻、电容等）是元件送出额定的功率到负载。
这就要求负载阻抗和传输线的特征阻抗相等，此时传输不会产生反射，所有的能量都被负载吸收，这就是阻抗匹配。
特征阻抗的概念：传输线上某个位置处的等效电压与电流之比，理论上，特征阻抗是一个常数，只要源端和负载端阻抗匹配，就不会有反射。特征阻抗并不是损耗电阻，而是传输线的一个属性，可以表征信号在传输线上的反射情况。
电压与时间所构成的方波所遵循的阻力称之为——特征阻抗，其描述的是信号沿着传输线传播时，信号收到的瞬间阻抗值。
特征阻抗与PCB走线所在板层、材质（介电常数）、线宽、导线与平面的距离（间距）有关，与走线长度无关。
例如水在管道里流动，如果管道粗细光滑均匀，则水流就很顺畅，这就是阻抗匹配好了；如果粗细不均匀，则水流很不稳，阻抗不匹配。传输线特征阻抗在高频信号传输当中所起的作用也差不多。
计算PCB走线阻抗时
Er：板材的介电常数 W:PCB走线宽度（线宽）
H： 电路板介质厚度 T：PCB走线高度（铜箔厚度）
下面是一家制版厂提供的阻抗计算工具截图：
1.2 分布参数电路概念
随着频率的提高，一般到十几兆开始，信号的传输不再是电压和电流，而是依靠电场和磁场传播，电磁场被锁定在导线和参考地之间。由于具有这种高频效应，若等效为电路的话，导线上各个位置处的电压不同（周期重复点除外），各个位置的电流也不同，这是与集总参数电路的明显区别，这种情况下称为分布参数电路，导线称为传输线。
高频电路对应的就是分布参数电路。
1.3 集总电路概念
可以用常微分方程来描述的系统称作集总参数系统，在一般的电路分析中,电路的所有参数,如阻抗、容抗、感抗都集中于空间的各个点上,各个元件上,各点之间的信号是瞬间传递的,这种理想化的电路模型称为集总参数系统电路。
这类电路所涉及电路元件的电磁过程都集中在元件内部进行。用集总电路近似实际电路是有条件的，这个条件是实际电路的尺寸要远小于电路工作时的电磁波长。即元件间的联接关系决定电压和电流必须遵循的一类关系
低频电路对应的就是集总参数电路，对于这类电路，导线上每个位置的电压和电流都是相同的。
二、射频电路设计
2.1 射频电路布局原则
- 尽可能把高功率RF放大器（如PA芯片）和低噪声放大器（LNA）隔离开。即RF发射电路离RF接受电路尽可能远。
- 做好电路和电源去耦
- 敏感的模拟信号（如微弱的传感头信号）尽可能远离高速数字信号和RF信号
2.2 射频电路设计常见问题
- 数字电路部分和模拟电路部分互相干扰
若数字电路与RF电路单独工作良好，一旦放在同一块电路板上使用同一个电源后， 整个系统就不稳定了。
这主要是因为数字信号频繁的在VCC和GND之间摆动，切周期短（纳秒级），由于较大的振幅和较短的时间，是数字信号包含大量独立与自身的高频成分。
而在模拟部分，从无线调谐回路传输到无线设备接受部分的信号小于1uV，因此数字信号与射频信号之间的差别会达到120dB。
由此可知在设计电路时，使数字信号与射频信号分离，避免微弱的射频信号被破坏。
- 供电电源噪声干扰
射频电路对于电源噪声相当敏感，尤其是对毛刺电压和其他高频谐波。MCU会在每个内部时钟周期突然吸收大量电流，这是由于MCU都采用CMOS工艺制造决定的。
假如一个MCU以1MHZ的内部时钟频率运行，它会以此频率从电源索取电流。所以在设计电路社赢采用适当的电源去耦，不然会引起电源线上的电压毛刺，这对RF电路可能是致命的。
- 合理的地线
确保PCB高功率区域至少有一款完整的GND网络，PCB赋铜时要注意留出完整的GND区域。
2.3 信号线上串联电阻的作用
1、阻抗匹配，吸收反射信号：电阻放在信号发射端。阻值一般小于100欧姆，适用于高频电路中。
2.吸收干扰信号，电阻放在信号接收端，用于吸收信号线上的窄脉冲，适用于低速信号，阻值一般为千欧级别，例如MCU复位引脚上的电阻。