从一个简单的公式，谈一下射频设计的几个要点
如果你注意观察周边的现实世界，你会发现，其实射频已经深入到人类生活的方方面面，深入到我们衣食住行的每一个单元中。比如一觉醒来，打开手机，利用手机的移动网络点了一个早餐，等到早餐送来的时候，用微波炉加热了一下，然后来到公司，打开电脑，连接公司的WiFi，开启这一天的工作。这里面一个其主要作用的就是射频，它虽然无声无形，但是却与我的生活工作形影不离。
无论是远在天边的朋友，还是深入太空的空间站，我们都可以通过射频来连接。在这个万物互联的时代，我们射频人就是这个IoT的建设者。
射频是模拟的一部分，但是射频又不能完全采用模拟电路设计的那一套方法来做，射频有自己的特点，也应该有自己的设计方法，今天我们就一起来复习一下射频设计的基础知识。
下面是一个可能不太准确的等式，给出了电磁波的速度与波长和频率之间的关系。
我们今天就从这个公式谈一下射频设计中的一些注意事项。
№1 频率 f
如果说什么才是射频设计的最主要特点，那一定是频率。离开频率来谈射频设计，那简直就是天方夜谭，所以可以发射的频率就是他的名字了，英语也比较直接 Radio Frequency，简称RF。
为了纪念第一个让电磁波飞起来的人——德国科学家Heinrich Rudolf Hertz，我们就用他的姓氏作为频率的单位——Hertz，简称赫，符号 Hz。
但其实频率的定义很简单，就是每秒钟周期性变动重复的次数，比如说1Hz，就是每秒钟重复1次，而1GHz，就是每秒钟重复1000000000次。
还好前辈们发明了比0更好用的东西，比如kHz，MHz，GHz，THz等等，要不然每次数零就能累够呛。但是当到了频率计算的时候，千万不要数错0 啊，这里透露一个小技巧，k是3个零，M是6个零，G是9个零，T是12个零，它们之间的关系每次多3个零，这个和老外的数字习惯有关系。
所以射频频率就包括了这么多，严格地说，直流信号是频率为0Hz的信号，而我们家用电的频率是50Hz，调幅广播的频率在526.5KHz到1606.5KHz，调频广播频率在88MHz到108MHz，数字电视的频率分为VHF频段（48.5MHz-223MHz）和UHF频段（470MHz-566MHz和606MHz-798MHz），而移动通信则通常在600MHz到5GHz之间的一些频段等等等。
对于目前射频技术的发展，有一个比较关键的方向就是频率越来越高，毫米波，亚毫米波，太赫兹的应用会越来越多。
下图是电磁波频谱的一些主要应用，应用越来越广，频谱资源也越来越少，越来越拥挤，互相的干扰就越来越大，设计难度也越来越大。
所以呢，射频频谱这么一个稀缺的不可再生资源就成了大家互相争抢的对象，不能随便争抢啊，那么就乱套了。所以呢，各国对于频率资源都有严格的管理，国际范围内也有专门的机构来管理频率资源，比如我国的无委会（无线电委员会），现在改名为工业和信息化部无线电管理局，就是专门负责编制无线电频谱规划；负责无线电频率的划分、分配与指配；依法监督管理无线电台（站）；负责卫星轨道位置协调和管理；协调处理军地间无线电管理相关事宜；负责无线电监测、检测、干扰查处，协调处理电磁干扰事宜，维护空中电波秩序；依法组织实施无线电管制；负责涉外无线电管理工作。
国际上更有很多知名的无线电管理结构来负责整个射频频谱的规划，使用等，比如国际电信联盟ITU，属于联合国的专门机构，负责全球无线电资源的管理分配；
美国联邦通信委员会FCC属于美国国会下面的一个专门的政府机构，负责美国频谱的管理使用；
欧盟邮电管理委员会CEPT是一个涉及商业、运营、监管和技术标准化问题合作的组织。CEPT负责创建了欧洲电信标准协会ETSI，并分为电子通信委员会（ECC）、欧洲邮政监管委员会（CERP）和国际电联政策委员会（Com-ITU）三个主要部分。
当然还有很多，这里就不一一介绍了。
所以这里也就引出了射频设计的第一件事儿，你不仅要确定产品的频率，还要根据这些频率去各个无线电管理局网站上查找他们所需要满足的性能指标。
№2 波长 λ
在自由空间中，电磁波的速度就是光速c，科学家们对光速的测量越来越准确，在国际单位制中，光速的准确值为
当然这个值在射频设计中，不需要这么精确了，可以记作30万千米每秒，或者300百万米每秒，这样结合频率单位MHz（百万赫兹），我们就可以快速估算出电磁波的波长。
比如
频率为3MHz， 波长为 100m；
频率为300MHz， 波长为 1m；
频率为3GHz， 波长为 10 cm；
频率为30GHz， 波长为 1 cm；
这样在射频设计中，如果需要计算与波长相关的量的时候，就可以快速评估出来长度，比如四分之一波长变换器，二分之一波长谐振器等等。然后通过仿真优化就可以快速得到设计结果了。
除此之外，射频设计中，要特别注意一些与工作波长（或者二分之一波长）比较接近的结构，比如空腔，比如非匹配传输线，这些结构的本征谐振频率会比较靠近工作频率，常常会给设计带来重大的灾难。
№3 光速 c
最后我们简单聊一下光速c，虽然大多数情况下，我们都可以假定电磁波的速度是三十万千米每秒，但其实在空气中，或者我们所设计的PCB中，电磁波的速度是变化的。
根据麦克斯韦推导的光速公式
光速是一个与介质的磁导率u和介电常数e相关的一个量，不同介质的磁导率和介电常数是不同的，因此光速也是不同的。
只有在自由空间或者真空中，光速才可以约等为三十万千米每秒。
而在介质中，都要在这个基础上除以相对介电常数er的根。
比如在PTFE材料中，电磁波的速度大约是自由空间光速的c/1.414, 而在FR4中，电磁波的速度大约只有光速的一半。
速度减小了，频率又不变，那么能变化的只有波长了。所以，在介质材料中，电磁波的波长也是受到相对介电常数影响的，这个在设计评估中也会经常用到。
小结
其实很多复杂的系统，都来源于一个个非常简单的器件组合。抽丝剥茧，发掘设计最深处的东西，这样才会做的更好。
[object Object]
