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淺談RF及無線通訊系統量測技術
 

【作者: 小樵】   2006年08月07日 星期一

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RF是什麼?

RF本身已經變成和無線及高頻訊號的同義詞,它形容的是任何高頻訊號, 例如像535kHz到1605kHz的AM無線電,或者像電腦區域網路之間的2.4GHz。但是,無線電頻率的定義向來包括幾kHz到1GHz,將微波(Microwave)也考慮在內,以下兩個表格摘要說明頻帶的各種命名法。


表一 頻帶配置

f

λ

Band

Description

30-300 Hz

104 -103 km

ELF

Extremely low frequency

300-3000 Hz

103 -102 km

VF

Voice frequency

3-30 kHz

100 -10 km

VLF

Very low frequency

30-300 kHz

10 -1 km

LF

Low frequency

0.3-3 kHz

1 -0.1 km

MF

Medium frequency

3-30 MHz

100 -10 m

HF

High frequency

30-300 MHz

10 -1 m

VHF

Very high frequency

300-3000 MHz

100 -10 cm

UHF

Ultra-high frequency

3-30 GHz

10 -1 cm

SHF

Superhigh frequency

30-300 GHz

10 -1 mm

EHF

Extremely high frequency ( millimeter waves )


在(表一)中,注意到頻率(f)和波長(λ)之間的關係。一個波型或正弦波可以用其頻率或其波長來完全地被描述。它們成反比,而且和光穿越一種特定媒體的速度有關。在真空或空氣中的關係是:


《公式一》
《公式一》

其中C是光的速度。因此當頻率提高時,波長下降。提供參考:一個1GHz的波型大約有1呎的波長,而100MHz的波型大約有10呎的波長。


表二 微波字母頻帶配置

f ( GHz )

Letter Band Designation

1-2

L band

2-4

S band

4-8

C band

8-12.4

X band

12.4-18

Ku band

18-26.5

K band

26.5-40

Ka band

向量儀器包括向量或即時訊號分析儀和產生儀。這些儀器分析及產生寬頻波型,並且可以從測量的訊號捕捉時間、頻率、相位,以及電力資訊。這些儀器比頻譜分析儀更具威力,並且提供優異的調變控制和訊號分析功能。 另外一方面,網路分析儀通常用來進行S參數量測,以及對RF或高頻元件進行其它特性測量。網路分析儀可以進行多個通道上的產生及分析,但是價格遠高於頻譜分析儀和向量訊號產生儀/分析儀。 @大標:為何在較高頻率操作? @內文:由美國的頻率應用及配置可以發現RF頻譜切割得相當零碎,又相當密集。這種現象是不斷地將RF應用推到越來越高的頻率的原因之一。但是,還有其它造成這種進入較高頻率操作的原因,包括廣播的效率、不受部份形式的雜訊和減損的干擾,以及所需的天線體積等等。天線體積通常和訊號的波長有關,而在實際應用時通常是?波長。 一般來說,資料是架構在低頻訊號上,也容易呈現,如何在這些較高的頻率上呈現它,或是實際地將它轉換到這些高頻率?舉例來說,人類的聽覺範圍是20Hz至20kHz。根據奈奎斯特抽樣定理(Nyquist theorem),可以在40kHz或更精確的頻率上進行取樣,完全呈現這個資料;這就是為何立體音響以44.1kHz進行取樣的原因。但是行動電話卻在850 MHz左右進行操作。

過頻率混合進行頻率變換


《圖一 移動頻率將人類聽覺範圍移到行動電話範圍 》
《圖一 移動頻率將人類聽覺範圍移到行動電話範圍 》

許多對RF和高頻測量的研究發生在頻率領域(frequency domain)中。時間領域(time-domain)函數和呈現在頻率領域中的同樣函數之間是蠻相似的。以剛才所提的人類聽覺範圍為例,(圖一)描述移動頻率的目的是能夠透過行動電話頻率進行訊號傳送。移動頻率最常用的方法稱為mixing,相當於用一個正弦曲線訊號將訊號加倍。以下的數學三角恆等式說明這個事實:


《公式二》
《公式二》

  


因此,透過讓兩個正弦波互相撞擊,就可以得到總和和差異頻率。只要選擇適當的值,就可以將整個訊號移到新的頻率範圍(頻譜向上或向下移)。此外,任何訊號都可以呈現為不同頻率的正弦波的總和。移動訊號只是將「乘法」套用在它所有正弦波的成分上。


延 伸 閱 讀

介紹無線網路基本概念、應用、市場分析,乃至於各項技術的架構:RF、OFDM線路分析、天線原理、展頻、相關組織IEEE及標準。甚至包括WLAN未來需要的GPS、手機定位系統、CDMA、Telematics、Gi-Fi、802.21等等。相關介紹請見「802.11完全剖析無線網路技術」一文。

無線區域網路(WLAN)與企業應用快速普及。與所有新技術一樣,對其性能改進的需求很快變得愈加明顯。此外,新技術的供應商都在不遺餘力地提高性能,因為這能夠進一步加速市場成長。你可在「可擴展無線區域網路覆蓋範圍的合成技術」一文中得到進一步的介紹。

射頻元件的用量正在與日俱增,而且其應用領域並不僅限於手機和無線電話,其他的應用還包括802.11無線區域網路、RFID標簽、庫存監視器、衛星收發器、固定無線接入和無線通信基礎設施。所有的RF元件都必須控制其RF功率傳輸,與相關的政府法規相符,並減少與其他射頻元件之間的RF干擾。 在「用於功率檢波和控制的寬頻RFIC」一文為你做了相關的評析。

市場動態

Microwave Satellite的NuVisions業務已經在該城的幾座建築物上部署了Gigabit乙太網路(Ethernet),隨後將被用來製作圍繞每座建築物的「Wi-Fi雲」。NuVisions建築物內寬頻服務的訂戶能用每月24.95美元的費用,使用該公司的Wi-Fi服務。 相關介紹請見「無線通訊業者在紐約佈建新一代Wi-Fi網路」一文。

無線通訊應用領域專用射頻積體電路(RFIC)供應商RF Micro Devices,近日宣佈一項達8000萬美元之晶圓設備擴充計畫。此擴充位於該公司的Greensboro園區,預計將增加RFMD的晶圓製造產能最可高達40%,使得應用RFMD?導市場的GaAs HBT及GaAs pHEMT製程技術之無線市場能持續健全成長。 你可在「RFMD擴充晶圓廠設備預期將帶動營收及利潤成長 」一文中得到進一步的介紹。

無線通訊分析師Samuel May說:「電腦產業過去創造了一項作業系統,而手機市場將比電腦市場更大。」事實上,全球手機銷售量在最近幾年的確讓PC銷售量相形見絀。不過,許多分析師和科技主管擔心手機銷售量成長減緩,會刺激業者將研發費用全力投入手機或其他新無線設備的軟體架構,使得情勢更加複雜。在「無線通訊世界百家爭鳴 霸主地位花落誰家?」一文為你做了相關的評析。

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