射频和光纤的基础知识

P3 2ω 1–ω2
射频、光纤的基础知 识
ω1 ω2
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2ω 2–ω1
f
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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）。
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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 10μm以下（如8.3 μm/125 μm光纤），其标准工作波长 为1.31 μm/1.55 μm。 • 多模光纤——传输多频共存的多色波动光，芯径在50 μm以上（如62.5 μm/125 μm光纤），其标准工作波长 为0.85 μm/1.31 μm。
DUP
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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
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衰减器（Attenuator）
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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）。
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2、常用射频器件、 模块及参数介绍
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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
• 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。
驻波比——回波损耗对照表： 驻波比（SWR） 1.2 回波损耗（dB） 21 1.25 19 1.3 17.6 1.35 16.6 1.4 15.6 1.5 14.0
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三阶互调
• 三阶互调——若存在两个正弦信号ω1和ω2，由于 非线性作用将产生许多互调分量|±p ω1 ±q ω2 |， p+q称为阶。其中的2 ω1–ω2和2 ω2 –ω1两个频率分 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ω1或ω2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。 P1
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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 5W→10lg5000=37dBm; 10W →10lg10000=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。
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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。
Байду номын сангаас
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器件 输入电平 输出电平
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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 K 0.1=BW 0.1/BW 20dB BW BW0.1 fC
L1 1 LC
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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。
射频、光纤的基础知识
（附：移动通信网介绍）
编制 张跃良 审核 刘义波 时间 2001.8
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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
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1、基本物理量、 基本概念的介绍
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天线波瓣图
0.707Emax 后瓣
2θ0
2θ0.5
Emax
旁瓣 主瓣
0.707Emax
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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。
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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） 输入端口 20dBm 耦合端口 10dBm 耦合器 输出端口 19.3dBm
耦合度为10dB 损耗为0.7dB
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6.5dBm 10dBm 损耗3.5dB
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6.5dBm
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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）。
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f
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。
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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）
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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60~65dB中选 用。耦合器的接头多采用N头。
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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
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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）
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3、光器件介绍
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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。
主干通道 20dBm 耦合端
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耦合器 19.3dBm 10dBm
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耦合度为10dB 损耗为0.7dB
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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 （50Ω）、SMA头（50 Ω）、和F头（75 Ω） 三种，我们公司常用的是N头和SMA头。 • 主要指标——插损、隔离度
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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。
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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）
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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。 1.31μm
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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 （2θ0.5）。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。
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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。）
1.31μm+1.55 μm 1.55μm
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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。