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。
