快速读懂10个Wi-Fi FEM的重要指标
2024.4.25
随着使用者对用网体验的稳定性和信号质量有越来越多的要求,在Wi-Fi路由器中外置独立FEM来扩大信号覆盖范围并增强接收灵敏度也越加普遍。一般Wi-Fi 6的路由器会采用4-6个FEM,而Wi-Fi 7路由器甚至会用8-12个,要知道,Wi-Fi FEM的性能直接影响了Wi-Fi 通信时上下行传输速度、传输距离等,直接显示了Wi-Fi FEM对于路由器的重要性。
Wi-Fi FEM即Wi-Fi射频前端,通常包含一颗功率放大器、低噪声放大器和射频开关。根据其使用需求和场景,一般有2.4 GHz、5 GHz和6 GHz等频段,并匹配不同的Wi-Fi协议规定的调制方式,配置在路由器中,完成射频信号的发射前放大和接收后放大。
在FEM中,功率放大器用在发射链路,将调制振荡电路产生的小功率射频信号放大,得到足够的射频功率,再提供给天线进行辐射。低噪声放大器用在接收链路,负责放大微弱信号,并在尽可能减小噪声的同时提高系统的信噪比。
针对发射链路的功率放大器,我们主要关注其输出功率和效率,主要关心的指标有:
- 输出功率(Output Power),单位dBm,即FEM能输出的最大功率。Wi-Fi FEM实际使用中当然不能只是一味增高功率而忽略信号质量,对比FEM输出功率需要在同样的调制方式和同样的DEVM信号误差限制范围下。关于DEVM如何规定信号误差可以点击观看本公众号文章:一文读懂什么是FEM输出功率中的DEVM
- 发射增益(Transmit Gain),单位dB,即FEM能提供的最大增益。一般不建议使用满增益来发射功率,增益太大容易造成失真或者输出功率不平。
- 输出1dB压缩点(P1dB):典型情况下,放大器的增益恒定,放大器的输出随输入线性变化。当输入功率超过一定值时,晶体管的增益开始下降,导致输出功率饱和。放大器的输出功率偏离理论值1dB的点,即为1dB压缩点。
- 效率:放大器的高频输出功率与提供给晶体管的直流功率之比为效率,放大器的效率能有效降低整个系统的功耗。
- 2rd/3nd谐波抑制:二阶失真会产生二次谐波和双音拍频,三阶失真会产生三次谐波和多音拍频。这些新的频率分量如落在通带内,将会对发射的信号造成直接干扰,如果落在通带外将会干扰其他频道的信号。线性化处理可以较好地解决信号频谱再生问题。
【注:dB即分贝,是一个纯计数单位,它的计算公式为:dB = 10lg(A / B),此时A和B表示功率。dB是相对值,是一个功率相对于另一个功率的差。比如,我们会说“这个PA的功率比那个PA的功率高/低2 dB”。
dBm即分贝毫瓦,是表示功率绝对值的单位。例如,会说这个 PA的功率是20 dBm,而不会说是20 dB 。dBm功率与mW(毫瓦)功率的转换公式:dBm = 10 log(功率值/1mw)】
针对接收链路的低噪声放大器,主要指标有:
- 噪声指数(Noise Figure,NF),是衡量LNA性能的重要参数。信号经过新系统,噪声一定会增加,且信噪比一定会变差,控制其噪声是低噪声放大器首先要解决的问题。
- 接收增益(Gain):增益体现了LNA接收微小信号的能力,较大的增益不急可以放大信号还能很好地抑制后级电路噪声,但若增益过高,对后级电路的线性度要求很高,否则会出现信号饱和导致信号失真。
- 输入1dB压缩点(P1dB ):与发射链路相同,输入1dB压缩点越大,表明放大器线性度越好,在1dB压缩点附近,非线性会导致较强的谐波、交调,产生干扰。
- 三阶交调截止点(IP3):三阶交调距离真实信号非常近,难以通过滤波的方式去除,对信号影响非常大。输出功率一定时,放大器的三阶交调截止点的输出功率越大,放大器的线性度越好。
- 带外抑制:例如2.4GHz的LNA对2.414-2.484 GHz以外的信号,特别是5GHz频段信号的选频抑制
一款性能优良的FEM要完成射频信号的发送放大以及接收放大(with bypass)、滤波,及功率检测、控制和开关等功能,此外还需要集成反馈电路DET,因输出功率与反馈电压值一般线性相关,根据反馈的电压值可以计算出输出功率大小。个别FEM内部还包含功率耦合器(CPLR),实现功率反馈,对比电压反馈更精确。
通过上述重要性能指标,我们可以初步评价一款FEM的射频性能。Wi-Fi FEM有效提高了Wi-Fi信号的质量和稳定性,随着无线通信应用场景的逐渐丰富,Wi-Fi FEM的应用场景和市场空间将进一步扩大,正确理解Wi-Fi FEM各项指标及性能特征,可以帮助我们更好地选购一款Wi-Fi FEM产品,提高无线连接的上网体验。