射频光纤基础知识

单击以编辑母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,射频、光纤的基础知识,*,概念辨析：dBm,dBi,dBd,dB,dBc,编制 邹异能,审核,时间 2005.3,1、dBm,dBm是一个考征功率绝对值的值，计算公式为：10lgP（功率值/1mw）。例1 如果发射功率P为1mw，折算为dBm后为0dBm。例2 对于40W的功率，按dBm单位进行折算后的值应为：10lg（40W/1mw)=10lg（40000）=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。,2、dB,dB是一个表征相对值的值，当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时，按下面计算公式：10lg（甲功率/乙功率）例6 甲功率比乙功率大一倍，那么10lg（甲功率/乙功率）=10lg2=3dB。也就是说，甲的功率比乙的功率大3 dB。例7 7/8 英寸GSM900馈线的100米传输损耗约为3.9dB。例8 如果甲的功率为46dBm，乙的功率为40dBm，则可以说，甲比乙大6 dB。例9 如果甲天线为12dBd，乙天线为14dBd，可以说甲比乙小2 dB。,3、dBc,有时也会看到dBc，它也是一个表示功率相对值的单位，与dB的计算方法完全一样。一般来说，dBc 是相对于载波（Carrier）功率而言，在许多情况下，用来度量与载波功率的相对值，如用来度量干扰（同频干扰、互调干扰、交调干扰、带外干扰等）以及耦合、杂散等的相对量值。 在采用dBc的地方，原则上也可以使用dB替代。,4、dBi 和dBd,dBi和dBd是考征增益的值（功率增益），两者都是一个相对值， 但参考基准不一样。dBi的参考基准为全方向性天线，dBd的参考基准为偶极子，所以两者略有不同。一般认为，表示同一个增益，用dBi表示出来比用dBd表示出来要大2. 15。例3 对于一面增益为16dBd的天线，其增益折算成单位为dBi时，则为18.15dBi（一般忽略小数位，为18dBi）。例4 0dBd=2.15dBi。例5 GSM900天线增益可以为13dBd（15dBi），GSM1800天线增益可以为15dBd（17dBi)。,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mW,1mW) 。,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（在线性工作范围内），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,带内波动,带内波动指在有效工作频带内最大和最小电平之间的差值。,最大电平,最小电平,带内波动,输出功率（ALC电平）,输出功率是指放大器的功率输出能力。ALC电平就是直放站的自动增益控制电平。,1dB压缩点,1dB压缩点是指增益压缩1dB时，待测品输出给标准输出负载的载频功率 。,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 ,1,2,和2 ,2,1,两个频率分量称为三阶互调分量。,三阶互调系数M,3,三阶互调分量的功率P,3,和信号,1,或,2,的功率P,1（2）,之比称为三阶互调系数M,3,，即M,3,=10lgP,3,/P,1,(dBc)。M,3,越小，互调干扰就越小,。,f,1,2,2,1,2,2,2,1,P,1,P,3,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K,0.1,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K,0.1,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,BW,0.1,f,f,C,K,0.1,=BW,0.1,/BW,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,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）,1.2,1.25,1.3,1.35,1.4,1.5,21,19,17.6,16.6,15.6,14.0,驻波比回波损耗对照表：,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L,C,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L,1,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。）,1,2,L,C,L,1,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E,0,相比，以功率密度增加的倍数定义为增益，即Ga=（E / E,0,）,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（2,0.5,）,。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,2,0.5,2,0,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。,1.31,m,1.55,m,1.31,m+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10,m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），其标准工作波长为0.85 m/1.31 m。,衰减值,波长,单模光纤(A级),多模光纤,850nm,1310nm,1550nm,0.35dB/km,0.25dB/km,33.5dB/km,0.62.0dB/km,光缆、尾纤,光缆由若干根光纤组成，加有护套、外护层和加强构件，具有较强的机械性能和防护性能。种类有室外光缆、室内光缆、软光缆、设备内光缆、海底光缆、特种光缆等。,尾纤带有光纤连接器的单芯光缆。规格有1、2、5、10、15、30m等。,2004年6月16日,生产部,技术指标与调试注意事项,一、,增益及增益可调范围,输出功率（ALC电平）,带内波动,1dB压缩点,三阶交调,回波损耗,光功率,噪声系数,杂散发射,技术指标,1.增益及增益可调范围,增益是指放大器在线性工作状态下对信号的放大能力。,测量仪器频谱仪R-3131A。,图1 测量方框图,信号源,放大器,衰减器 L,1,(dB),频谱仪 L,2,(dB),L,in,隔离器,L,out,防止放大器自激信号反馈入信号源输出端而损坏信号源,防止放大器输出信号超过频谱仪输入信号限制值而损坏频谱仪,增益测量步骤,设置信号源。,估计放大器增益和输出功率大小，设置信号源扫描频率参数和输出电平，记下信号源输出电平值L,in,（此值不可使放大器饱和，否则须在信号源后串接衰减器）。（注意：先设置，后接入）,连接频谱仪。,估计放大器输出功率大小，适当串加衰减器后，将放大器输出端连接到频谱仪输入端。（注意：必须串接衰减器，以保证频谱仪输入端的安全）,检查连接是否正确后，再接通电源。,读取电平数。,打开信号源射频开关输入信号，读取频谱仪上测得的电平数L,out,（dBm）。则放大器的增益为：,G=L,out,L,in,（dB）。,增益可调范围测量。,当放大器增益可调时，保持输入电平不变，改变放大器增益控制，观察其输出功率变化范围，其范围即为增益可调范围。,2.输出功率（ALC电平）,输出功率是指放大器的功率输出能力。ALC电平就是直放站的自动增益控制电平。,测量仪器频谱仪R-3131A（或功率计）。,图2 测量方框图,信号源（点频）,放大器,衰减器 L,1,(dB),频谱仪 L,2,(dB),L,in,隔离器,L,out,防止放大器输出信号超过频谱仪输入信号限制值而损坏频谱仪,输出功率测量步骤,连接如图2所示。（要求同前）,设置信号源使其输出一载波信号，使载波频率与放大器中心频率相同。,逐步增大信号源载波输出功率，观察频谱仪显示信号电平，直至其不再增大，直接读取电平值L,2max,（dBm）。,放大器的ALC,电平= L,2max,（dBm）。,若测量多频谱功率，则需把所有频率分量的功率相加。,L,in,L,out,max,max,3.带内波动,带内波动指在有效工作频带内最大和最小电平之间的差值。,测量仪器频谱仪R-3131A。,图3 测量方框图,放大器,衰减器,频谱仪,L,in,隔离器,L,out,IN,OUT,output,input,R-3131A,扫频信号,带内波动测量步骤,连接如图3所示。（要求同前）,设置频谱仪output口信号为一扫频信号，使其中心频率等于放大器中心频率，扫频宽度为有效工作频带。,读取频谱仪上有效频带宽度内最大和最小电平之间的差值，即为带内波动，单位为dB。,载波选频直放站的波动为各工作频点最大和最小电平之间的差值。,max,min,4. 1dB,压缩点,1dB,压缩点,是指增益压缩1dB时，待测品输出给标准输出负载的载频功率,。,测量仪器频谱仪R-3131A,1dB,1dB,压缩点,P,0,P,IN,1dB,压缩点测量步骤,连接如图2所示。（要求同前）,设置信号源使其输出一频率与放大器中心频率相同信号。,打开信号源射频开关输入信号，读取频谱仪上测得的电平数L,out,（dBm）。则放大器的增益为：,G=L,out,L,in,（dB）。,逐步增大信号发生器输出值(,1dB为步进），直到频谱分析仪显示信号电平,L,out,-,L,in,=G-1为止，,L,out,(dBm)即为待测品1dB压缩点。,三阶交调是指等幅双音信号f,1,和f,2,输入放大器后，由于放大器的非线性而产生的2f,1,-f,2,和2f,2,-f,1,的杂散分量。,测试仪器频谱仪R-3131A,图4 测量方框图,信号源（,点频,f,1,和f,2,）,放大器,衰减器,频谱仪,L,in,隔离器,L,out,IN,OUT,5.三阶交调,三阶交调测量步骤,连接如图4所示。（要求同前）,设置信号源两载波频率f,1,和f,2,，,使f,2,-f,1,等于1MHz，(f,1,+f,2,)/2,等于放大器中心频率。,从频谱仪上显示为下图，三阶互调即为 I,M3,= L,3,- L,1,(dBc) 。,L,1,L,3,f,1,f,2,f (MHz),2f,1,-f,2,2f,2,-f,1,L,3,- L,1,IMP(dBm),IMD (dBc),三阶交调测量步骤,上图,IMP：交调产物电平（dBm）,IMD：交调抑制（dBm）,IP3：即三阶截获点，是指两等幅信号（f1和f2）的输出功率与三阶交调抑制的一半之和。,即：IP3=P0+1/2IMD,带内互调衰减：即三阶交周产物电平IMP,测量方法：输入双音信号（或双点频合路信号），经待测品后，在频谱分析仪上出现如图（1）示波形。,数据读法：, 三阶交调（或带内互调衰减）IMP,按IDSPLAY键，在软菜单中选择DISPLAY LINE,ON,，出现一条DISPLAY线，旋转旋钮将这条线移到交调产物项端，屏幕左上角的“DISP LINE x dBm”.的读数即为三阶交调或带内互调衰减。,交调抑制（IMD）：,按DISPLAY Ref line,ON,出现一条参考线（RL），将这条参考线移到三阶产物顶端（此时光标应在双音信号的f1,f2的波峰上），此时Marker点读出的数据x dB,即为交调抑制，它是双载波f1,f2的输出电平与三阶产物电平之差，故单位是dBC,IP3(三阶截获点功率)：,当光标(marker)点停留在双音信号f1,f2的波峰上时，屏幕右上角Marker点的读数 x dBm。即为双音信号f1,f2的输出功率P0。然后可利用读数交调抑制（IMD）的方法读取IMD，然后再利用IP3=P0+1/2IMD,求得IP3的值，单位是dBm.,输入IP3：,输入IP3=输出IP3-增益G，单位dBm.,6.回波损耗,回波损耗是表征天馈系统辐射能量的一个参数，一般情况天馈回波损耗要求小于-14dB。,测量仪器频谱仪R-3131A（或Site Master）,A,端口,C,端口,B,端口,频谱仪,output,input,R-3131A,环行器,待测天馈线,图5 测量图,-300dBm,的扫频信号,回波损耗测量步骤,连接如图5所示。,设置一-30dBm0dBm,的扫频信号输入到环行器A端，C端接频谱仪输入端。,B端空载时，记录频谱仪工作频带内的读数L,1,。（,此时频谱仪显示为一直线）,B端接待测天馈系统，记录频谱仪工作频带内的最大读数L,2max,。,天馈系统的回波损耗为：L,2max,-L,1,（dB）。,L,1,L,2max,7.光功率,光功率是表征光纤直放站的传输载波光信号强度的量。,测量仪器光功率计。可直接测量。,测量步骤：1、打开光功率计电源，面板上开关控制为ON/OFF。2、选择待测光波长（1310nm或1550nm），面板上切换键为,。（注：待测波长需已知，光功率机不能测波长）3、选择读数单位，一般用dBm，面板上切换键为dBm。4、将待测光通过尾纤输入光功率计，直接读出其功率值。,8.噪声系数,噪声系数,是指直放站在工作频带范围内，正常工作时输入信噪比与输出信噪比的差值,。,测量仪器噪声系数测量仪HP-8970B,噪声系数测量步骤,测量框图如下图所示，待测品工作于线性状态，增益调至最大；噪声测量仪电源输出连接到噪声发生器对其驱动和调制，噪声发生器输出连接到噪声系数测量仪输入（如图中虚线所示）对噪声仪进行校准。,噪声发生器和噪声系数测量仪之间接入待测品，从噪声系数测量仪上直接读出待测品的噪声系数NF。,噪声发生器,待测品,噪声系数测量仪,噪声系数测量方框图,9.杂散发射,杂散发射是指除去工作载频以及与正常调制相关的边带以外的频率上的辐射。,频谱分析仪,隔离器,待测品,衰减器,频谱分析仪,杂散发射测量框图,杂散发射测量步骤,如图所示搭建测量平台；,待测品处于正常工作状态；,信号发生器载频频率调到待测品中心频率，加上标准调制；,调频谱分析仪的RBW、SPAN、VBW、SWT、参考电平到指标要求的值，从中心频率点起向外改变频谱分析仪中心频率，在指标要求的频率范围内，观察并记录所有无用发射的频率及电平。,10.频率误差,频率误差是指工作频带范围内输出频率与输入频率的偏差,CDMA信,号发生器,隔离器,待测品,衰减器,频谱分析仪,频率误差测量框图,10MHz参考时钟,频率误差测量步骤,测试仪器：信号源E4432B（CDMA） 频谱仪AglentE4402B,如图所示搭建测量平台；,待测品处于正常工作状态；,信号发生器载频频率调到待测品中心频率，加上标准调制；,频谱仪设置如下：,MODE,CDMA one,MODE,Code Domin,11、测量增益与测量功率时仪表的校准方法有区别的。分别用图中虚线所示校准仪表。,调试注意事项,信号,发生器,隔离器,频谱仪,衰减器,待测品,增益测量方框图,信号,发生器,隔离器,频谱仪,衰减器,待测品,功率（ALC）测量方框图,调试注意事项,12.CDMA信号用不同RBW档位测量时，功率读数是不一样的，其修正公式为:,P= P,频谱仪读数,+10lg1.25MHz/RBW(MHz) ,如RBW = 30kHz，则P = P,频谱仪读数,+ 16 dB。,