[杂谈]射频传输法规干扰与最大功率传输

了解如何将最大功率从放大器传输到天线，以及如何使用示波器估算这种功率。

射频技术的一个重要特点是：一个人相对容易阻碍甚至彻底破坏另一个人的无线通信。无线电波在空气中传播，对所有人都是可用的，包括那些有意或无意地传输可能被描述为干扰的信号的人。

首先，重要的是要理解，已经传输的无线电信号是无法“摧毁”或“损坏”的。然而，干扰的效果可能等同于破坏原始信号，因为它会损害接收器从该信号中提取重要信息的能力。换句话说，信息仍然存在，但对于特定的接收器来说，它实际上已经不存在了。

在射频设计中，干扰一直是一个挑战，而无线设备的激增也没有让情况变得简单。有多种方法可以使系统具有抗干扰性，这些将在以后会详细讨论。大部分的干扰仅仅是因为非通信设备经常需要使用类似的载波频率。

然而，也存在故意干扰的情况，这被称为干扰压制或阻塞。其目标是发送信号，以某种方式阻止其他无线系统维持成功的通信。在现代战争中，干扰压制是一种重要的战术，而在日常生活中，它则是一种滋扰（或更糟）行为，且完全是非法的。

这张频谱图显示了一个旨在干扰GPS设备的强烈信号。

法规

一开始，政府会对无线传输进行监管，这似乎很奇怪——我们真的能对像电磁波辐射这样无形的东西制定法律吗？但是，干扰压制（jamming）的例子清楚地表明，缺乏监管会导致严重问题。为了确保电磁波辐射领域不会沦为干扰信号的混乱群体，需要严格的组织。

现在很多企业朋友把产品远销美国，就需要FCC认证。FCC：联邦通信委员会。而其他国家的产品进入中国，那必须被中国工业和信息化部（MIIT）的许可。想要利用电磁波频谱一部分的私人组织和公共组织必须获得FCC、MIIT的许可；这种许可被称为执照。对于范围有限、不太可能造成重大干扰的系统，存在例外情况。

最大功率

如果你对（合法的）免许可无线电传输感兴趣，你需要了解自己的发射功率。即使官方规定以有效距离或其他指标来表示，你也应该能够确定在这些情况下通常被认为可接受的发射功率——并且估算功率比试图准确测量系统的范围或天线某一距离处的场强要容易得多。

基于FCC“第15部分”规则的场强限制（针对特定频率范围）

在射频电路和其他所有类型的电路中，一个元件所消耗的功率等于该元件两端的电压与流过该元件的电流的乘积。你可能会觉得天线只是一个导体，因此电阻非常小。的确，导体在直流电下电阻非常低，但在高频下，天线具有显著的输入阻抗。我们关心的是在我们用来发射射频信号的特定频率下天线的阻抗；我们需要这些信息来估算传输到天线的功率量。

电压传输与功率传输

在典型的数字或模拟电路中，我们通常不希望电线或PCB走线的电阻为50Ω。对于被描述为导体的东西来说，这是一个极高的电阻值。但我们必须记住，在低频电路中，我们通常关心的是电压传输，即我们希望确保输入引脚上的电压尽可能接近前一个输出引脚上的电压。为了实现良好的电压传输，我们需要低输出阻抗、低导体阻抗和高输入阻抗。

然而，在射频发射机（或音频放大器）的输出阶段，目标是功率传输。我们不仅仅想将电压从一个设备移动到另一个设备；我们希望天线上有显著的电流流过，以便它拥有足够的电能可以转化为辐射的电磁能。

当负载阻抗的绝对值等于源阻抗的绝对值时，就会发生最大功率传输。

如你所见，当RL（负载阻抗）等于RS（源阻抗）时，负载功率（PL）达到最大值。但请注意，效率（η）在这一点之后仍然会继续增加。最大功率传输并不对应最大效率。

在射频电路中，放大器的输出级（以及连接放大器与天线的传输线）通常具有50Ω的阻抗，因此天线的阻抗也必须为50Ω，以确保最大功率传输。（这里另一个重要话题是“匹配网络”，用于改善放大器与天线之间的阻抗匹配；匹配网络在射频放大器设计中的重要性）

功率估算

前面的讨论解释了为什么我们可以通过将功率放大器连接到50Ω示波器输入来分析射频输出级：大多数射频系统都是基于50Ω阻抗构建的，因此你通常需要一个50Ω的天线阻抗。

当然，如果你知道电路的相关电压和阻抗特性，你可以直接计算传输到天线的功率。使用SPICE模拟器也是一种有效的方法。但如果在你的情况下这些技术不实用，或者你想要经验验证，你就需要使用测量设备。

如果你有频谱分析仪，那么请务必使用它。它正是为此类信息而设计的。如果你没有频谱分析仪，你可以使用示波器。通过50Ω的示波器输入查看信号的RMS电压，然后根据V²/R计算功率，其中R=50Ω。

总结

电磁传输受到严格的监管，以减少无意干扰相关的问题。在民用生活环境中，故意干扰（也称为干扰或压制）是非法的。

在中国，发射设备通常需要获得需要获得中国工业和信息化部（MIIT）的许可。在美国，发射设备通常需要获得联邦通信委员会（FCC）的许可。

在限制发射功率的特定条件下，可以实现免许可操作。

为了实现从放大器到天线的最大功率传输，放大器的输出阻抗的幅度必须与天线的输入阻抗的幅度相匹配。

发射功率可以通过数学分析或SPICE模拟来确定，也可以使用频谱分析仪或示波器进行经验估计。