RF 常用術語
內容
概述
本文簡述討論 RF 應用或購買 RF 模組時常用的 RF 術語。這些術語適用於許多 NI RF 產品,以及這些產品所使用的產業與應用。
詞彙定義
振幅壓降
振幅壓降 (Amplitude droop),以 dB 為單位,是指訊號功率從指定量測窗口 (di) 起點到該窗口 (df) 結束之間的壓降量。單位:dB
振幅調變 (AM)
振幅調變 (AM) 是一種類比調變技術,當中的載波訊號振幅會由訊息訊號變更。AM 能有效產生兩個對稱的旁帶,並抑制載波。
正弦波振幅調變的基本方程式是:
振幅移鍵 (ASK)
振幅切換鍵控 (Amplitude-Shift Keying, ASK) 是指將位元值 (高/低) 指派給類比波的離散振幅準位的數位調變。ASK 的目標是透過數位位元流調變載波,進而產生調變載波,其可透過振幅變化傳輸數位資料。ASK 不會影響載波的頻率或相位。
振幅切換鍵制為許多數位調變機制之一,每種都有多個偏壓。其他常見的方法包括頻率切換鍵設定、相位切換鍵設定,以及其離射最低切換鍵設定。所有數位調變機制都能有效率地透過媒體傳輸數位資料。
角度調變
角度調變是一種類比調變,會根據調變基頻訊號 (資訊訊號) 的振幅來改變載波的角度。載波的振幅一律保持穩定。角調變方法比振幅調變更能提供更好的通道雜訊防護,且較不容易受非線性失真與功率損耗影響。不過,這也需犧牲更高的頻寬需求。相位調變與頻率調變是兩種主要的角度調變類型。其數位等效分別稱為相位切換鍵化 (PSK) 與頻率切換鍵化 (FSK)。角度調變可透過下列方程式表示:
在這當中：Ac 是載波振幅
fc 是載波頻率
Kf 是頻率偏差常數 (以 Hz/V 為單位)
fm 是資訊訊號的頻率
Am 是資訊訊號的振幅
天線
天線是用於進行點對點通訊或廣播而收發/或收發無線電波的裝置。更準確地說,天線是一種傳感器,可將電磁 (無線電) 波轉換為電子訊號,反之亦然。天線將電磁波轉換為電子訊號時,會視為接收訊號,而反之亦然,則視為傳輸訊號。天線可供傳輸、接收或兩者皆可。傳輸與接收訊號的天線通常稱為收發儀。目前有許多不同的天線類型,其優缺點與用途各有不同。最常用於描述天線特性與效能的參數是共振頻率、頻寬、指向性、增益與效率。共振頻率是指天線經過調整以達到的特定頻率,且其頻寬會集中在這個頻率上。天線的頻寬是指天線能夠傳輸和/或接收的頻率範圍。並非所有天線皆只有一個共振頻率,而且許多天線會以最低共振頻率的倍數共振,進而造成雜訊或干擾。增益與指向性是密切相關的參數,且兩者都與天線的輻射場型相關。不過,增益需要考量天線的效率。天線增益是一種無維度量測方式,可比較特定方向的天線強度與理想的同步天線,以同等方式輻射所有方向。指向性基本上是量測天線所輻射的大部分能量方向。理想的天線需要相同的增益與指向數值。天線效率是量測天線透過電阻與其他損耗所耗散的輸入功率。
陣列 (天線)
幾組天線的幾何配置,用於建立定向接收或傳輸模式。當單一天線無法滿足增益或輻射需求時,通常會使用陣列。
聲音載波
音載波就是載有音訊資訊之電視頻道頻寬的特定頻率。
壓力計
電位計是一種裝置,可量測任何頻率的入射電磁輻射能量。它使用吸收材料的薄層,並且以熱連接至溫度相同的散熱器。當吸收式材料吸收電磁能時,其溫度會高於散熱器的穩定溫度,而連接的熱敏電阻器或 RTD 可以偵測到差異。這個溫度變化可用來判斷電磁能量,會由電壓計吸收。
原始的電壓計是以金屬做為吸收材料,但現代的電壓計大多使用半導體或超導體材料。當冷卻情況盡可能接近絕對零時,這些材質會對輻射變得更敏感。
橋接式放大器
橋接式放大器的結果是,兩個可橋接式放大器並使用兩個通道 (每個通道一個) 驅動共用負載。基本上,橋接式放大器會將通道總數減半,但每個通道的功率會增加一倍。如此一來,兩個放大器就能以單一方式合作,將其個別輸出功率增加一倍。
放大器的橋接方式有兩種:平行或串聯。平行橋接會使通道中的電流增加一倍,而串聯橋接則會使電壓增加一倍。
橋接放大器最常用於音訊應用。
載波頻率
載波訊號的頻率,載波訊號是一個正弦訊號,其中想要傳輸的訊號會經過調變。因此,正弦載波訊號會「載入」所需訊號。接收時,載波會進行解調,以提取所需的訊號。載波的頻率會高於您要傳輸的訊號。因為頻率較高會提高傳輸效率,並且支援使用更小的天線。單位:Hz
接線盒
承載原處編碼或調變資訊的訊號。一般而言,載波為固定頻率正弦波,可透過振幅、相位或頻率調變。在進階的電信系統中,載波可能是移動訊號,這稱為展頻。只要載波訊號的特性是精確且接收器知道的,幾乎可以使用任何類型的載波訊號。
載波相位角度
相位調變可用來判斷 RF 訊號所承載的資訊。只要將訊號的相位增加或降低 180 度,傳達 1 或 0,即可達到此一目的。相位量測比振幅量測更需要進行後處理,而且可使用向量訊號分析儀等設備進行量測。這是因為難以判斷訊號是否偏移 +180 度或 -180 度。單位:rad, deg
載波雜訊比 (C/N)
載波雜訊比 (C/N 或 CNR) 是調變訊號功率與資訊訊號解調後的雜訊功率之間的比率。高 CNR 代表接收到的訊號品質良好。載波雜訊比的量測方式與訊噪比相同,兩次量測都會顯示訊號品質。單位:dB
C 頻帶
C-Band 是微波頻譜的一小部分,衛星與雷達公司最常用於長距離通訊。其頻率範圍由 IEEE 定義為 4 - 8GHz,下鏈通常使用 3.7-4.2GHz,上鏈則使用 5.925 - 6.425GHz。C 頻帶有不同的變化,取決於該系統位於三個國際電信聯盟地區中。如需深入了解全球 C 頻帶變量,請參閱以下的其他資源。
CISPR-11
CISPR-11 是國際無線電干擾特別委員會 (International Special Committee on Radio Interference, CISPR) 所執行的最知名標準之一。其目的在於將工業、科學與醫療 (ISM) 設備所產生的電磁放射量測與控制作業標準化。該標準於 1975 年首次推出,自此以來已修改 5 次,現已成為複雜且完整的標準。如需深入了解 CISPR-11 標準及其修訂內容,請參閱其他資訊。
複合二階 Beat (CSO)
在 CATV 訊號中,視覺載波的二階失真產生量測值為 1.25 MHz,高於視覺載波頻率。量測值是載波峰值與失真產生的平均值峰值的比率。單位:dB
複合三倍點 (CTB)
在 CATV 訊號中,視覺載波的第三階失真產生量測作業會集中在視覺載波頻率上。量測值是載波峰值與失真產生的平均值峰值的比率。單位:dB 或比。
轉換器
將已傳輸訊號從集中在某個中央頻率轉換為新的中央頻率的裝置。訊號由降轉換器降頻,而升頻則由升轉換器降頻。
DANL
顯示平均雜訊準位。對應頻譜的 RMS 均分,通常是頻譜分析儀所進行的量測。單位:dBm
dBc/Hz
相對於每赫茲的載波分貝 (Decibels relative to the carrier per Hertz) 是訊號相對於量測頻寬 1 Hz 的載波準位比。(頻譜與網路分析。)
直接數位合成 (DDS)
直接數位合成。DDS 使用數位控制來從單一參考時脈頻率得出類比頻率源。 函式產生器使用 DDS 從記憶體中選擇樣本,以產生精確頻率的週期訊號,而不是產生波形的所有樣本。 相對而言,任意波形產生器 (AWG) 會產生儲存在記憶體中的波形樣本。 AWG 可讓使用者精確定義正在產生的波形,但其所能達到的頻率精確度卻受限,尤其是在高頻率下。 總而言之,這種架構具有高頻率解析度、相位連續切換、寬頻微調與溫度穩定性的優勢。
對載波的分貝 (dBc)
dBc 是訊號與其載波之間的功率比。正 dBc 表示訊號的功率高於載波,負 dBc 則表示載波的功率高於訊號。
解調
當資訊調變至載波並傳輸至另一個天線時,必須反轉流程,才能檢索原始資訊。反轉調變以提取資訊的過程稱為解調。調變會在通訊的傳輸端執行,因此在接收端執行解調。
FSK 量測的偏差誤差
就 M 級 FSK 系統而言,平均 FSK 誤差的定義是 FSK 解調符號間距波形在理想符號 (頻率) 位置的平均均方根 (rms) 展頻。數學上,FSK 誤差的定義是:
在這當中：
M 為 FSK 調變格式, ƒideal,i 為對應位置 i 的 FSK 頻率的理想符碼位置,且 <ƒactual,i> 代表位置 i 時解調符碼的值。
在上圖中,水平線代表實際的 FSK 解調符碼位置,而垂直線則代表 4 FSK 格式的理想符碼位置。
差動增益
視訊訊號 DC 位準變化所造成的非必要變化,通常介於完整範圍的 10% 到 90% 之間。以百分比或百分比的一部分表示。
數位音訊廣播 (DAB)
數位音訊廣播 (DAB) 是一種數位廣播標準,在 1980 年代起始於歐洲的研究專案。此裝置已演進為稱為「數位無線電」,目前主要用於歐洲。DAB 包含接收類比訊號、將訊號數位化,以使用 MP2 等音訊編解碼器進行壓縮,接著再執行數位調變,再進行廣播傳輸。DAB 是為了因應老化的 FM 與 AM 無線電廣播所帶來的主要限制所開發而成。DAB 可針對每個頻譜提供更多工作站,進而為客戶提供更多傾聽選項。此外,它還能對雜訊、串音與其他形式的干擾提供更好的抗擾性,因此非常適合用於行動應用。DAB 還提供與 FM 無線電相同或優異的音訊品質,因為其接收完整性在訊號降至低於特定功率臨界之前不會開始變差。這與 FM 無線電不同,其接收品質會與接收訊號的功率產生線性關係,進而降低。2007 年發表了更新版的 DAB (簡稱 DAB+)。DAB+ 使用 AAC+ 音訊編碼器,並實作 Reed-Solomon 錯誤修正功能,以提升音訊品質。
誤差向量幅度 (EVM)
誤差向量幅度 (EVM) 量測的是出現減損時的解調器效能。在解調器輸出回復波形後得出的量測符碼位置,會與理想的符碼位置進行比較。接著會使用均方根 (RMS) EVM 與相位誤差,以判斷透過 N 解調符碼的分窗函式進行的 EVM 量測。
現場強度計 (FSM)
頻率選擇計,用於量測傳輸訊號的音場強度。也稱為訊號準位計 (Signal Level Meter)。
現場強度
電場或磁場的遠場量測。單位:V/m、A/m 或 W/m
頻率偏差
頻率偏差是量化頻率與指定值之間的差異,例如量測震盪器頻率與額定頻率之間的偏差程度。在頻率調變中 ,頻率誤差是指在特定期間內,調變波的瞬間頻率與載波頻率之間的最大絕對差。
頻率誤差、QM
在 QM 調變系統中,頻率誤差是指指指定的載波頻率與實際量測載波頻率之間的差。在基頻中,QM 系統中的頻率誤差是一種複雜的訊號減損現象,會以符碼座標在 I/Q 平面上的位置旋轉為主。固定頻率偏移看似是以固定角度速度旋轉。訊號中的頻率誤差可能是正或負,表示轉換方向。
QM 系統中的頻率誤差
頻率調變 (FM)
頻率調變 (FM) 是一種角度調變,當中的正弦波頻率與中央頻率相差,與訊息訊號的瞬間值成正比。在 FM 中,中央頻率是載波頻率。頻率調變可使用角調變通用方程式表示。
Ac 是載波振幅
fc 是載波頻率
kf 為頻率偏差常數 (以 Hz/V 為單位)
fm 是訊息訊號的頻率
有關調變的詳細資訊,請參閱 NI RF Help:調變。
頻率鍵移 (FSK)
頻率移位微分 (FSK) 是指將位元值指派給離散頻率準位的一種頻率調變。在非同調的 FSK 形式中,瞬間頻率會在兩個離散值之間移轉,這兩個值稱為「標籤」與「空間」頻率。FSK 的同調形式存在於輸出訊號中沒有相位不連續性。FSK 調變格式會產生絕對實際值的調變波形,因此不會與 QM 方案共用相同的功能。
F 型接頭
中等效能的執行緒同軸訊號接頭,常用於消費性應用 (電視與 VCR)。此接頭一般可使用範圍高達 1 GHz。由於接頭的針腳實際上是中央導體,因此成本較低。
I/Q 資料
I/Q 是現代通訊系統中常見的訊息訊號呈現方式。如同調變主題所述,有 2 種基本方法 (自由度) 可從載波產生調變波。您可以干擾其振幅或相位。I/Q 訊號功能可同時改變振幅與相位。調變載波時使用兩種自由度等級,就通道頻寬的每 Hz 位元 (針對每秒的特定位元傳輸率) 而言,可提供更高的頻譜效率,相較於僅使用一種自由度。
如需 I/Q 調變的詳細資訊,請參閱 NI RF Help:I/Q 調變。
調變錯誤比 (MER)
調變錯誤比 (MER) 是數位調變訊號的訊噪比 (SNR)。如同 SNR,MER 通常以分貝 (dB) 表示。符號 N 數量的 MER 定義為:
雜訊係數
雜訊係數 (NF) 是以分貝 (dB) 為單位的實際輸出雜訊與若儀器沒有產生自身熱雜訊,將會保持的雜訊比率。若使用匹配的電阻負載 (通常是 50 歐姆) 端點受測裝置 (UUT) 輸入,並在其輸出 (No) 時量測雜訊功率密度 (瓦特/Hz),則 NF 會透過下列方程式得出:
當中的 G 為 UUT 的功率增益 (線性單位),k ≈ 1.38 × 10-23 為 Boltzmann 的常數,T ≈ 290° K 則為環境溫度。在異質系統中,輸出雜訊功率包含影像頻率轉換的虛假貢獻,但輸入端點中可歸因於熱雜訊的部分僅包含透過系統的主要頻率轉換在輸出中出現的部分,排除透過影像頻率轉換出現的部分。
相位調變 (PM)
調變是根據訊息訊號 (m(t)) 中的資訊改變載波特性,以產生並傳輸調變波的程序。調變共有數種類型。
相位調變載波訊號的表示方式如下:
當中的 m(t) 為時變訊息訊號,Ac 為載波的振幅,fc 則為載波的頻率。
正交誤差
在 QM 調變系統中,正交誤差又稱正交歪曲,代表複雜的訊號減損,因而導致 I 與 Q 元件不完全正交。正交錯誤可以是正負,且標誌會指出錯誤的方向。
相位差歪曲
RF 多工器
可從多個 RF 通道中選擇一種切換器。
Rho
ρ 是評估調變品質的量測。若要計算 ρ,請找出回復的波形與從解調位元重建的理想波形之間的關聯。也就是說,將接收到的解調變波形與透過重新調變 NI Modulation Toolkit 數位解調 VI 輸出位元串流所得的理想波形進行比較。ρ 量測與誤差向量幅度 (EVM) 相關:EVM 量測量測訊號與理想訊號之間的向量差異,而 ρ 則量測兩個訊號之間的相關性。ρ 的數值可以介於 0.0 到 1.0。
表 1. ρ 數值
| 值 | 代表含意 |
| ρ = 0.0 | 未相關 |
| 0.0 < ρ < 1.0 | 部分相關 |
| ρ = 1.0 | 完美相關 |
史密斯圖
您可以使用史密斯圖研究傳輸線行為。傳輸線是能量與訊號傳輸的媒介。傳輸線路可能是接線,也可能是訊號傳輸的氣體。上述每個傳輸通道都會影響受傳輸的訊號。這種效應稱為傳輸線路阻抗,有可能會衰減或移相 AC 訊號。傳輸線路具有相關的阻抗、電阻量測值,以及線路反應。阻抗通常會列為 z = r + jx 的複合數字。在此方程式中,z 為代表阻抗的複合數,並包含電阻 (r) 與反應 (x) 分量。您可以使用史密斯圖繪製傳輸通道的阻抗。繪圖由穩定電阻與反應的圈組成。只要找出合適的 R 圈與 x 圈交叉點,即可繪製出特定阻抗 r + jx。繪製完成後,您可以使用史密斯圖做為比對阻抗的視覺輔助工具,並計算傳輸線路的反射係數。
YIG
Yttrium-Iron-Garnnet。一種水晶,其共振頻率與其暴露的 DC 磁場成正比。這種可調整的震盪器通常用於微波頻率範圍。
零索引 (正交)
要判斷位置,大多數正交編碼器的參考位置為零索引。在轉換期間,編碼器通過此索引位置時,就會脈衝裝置的 Z 端子。每個轉速的單一脈衝可讓使用者判斷編碼器位置,而編碼器的 A 與 B 通道則可用來判斷轉向方向。單位:RAD