射频模拟电路课件1.ppt

射频模拟电路,程钰间,人类历史上早期的通信手段 “无线”,程钰间,2,“沃森特先生，快来帮我啊”电话的发明,程钰间,3,无形的信使电磁波的发现,程钰间,4,无形的信使电磁波的发现,程钰间,5,“要是我能指挥电磁波，就可飞越整个世界” 无线电报的发明,在中国，电报的最早应用是1920年7月中华邮政开办邮传电报业务。,程钰间,6,无线电战争,程钰间,7,个人移动通信,程钰间,8,3G移动通信技术,程钰间,9,频谱的划分,射频即Radio Frequency，通常缩写为RF。 表示可以辐射到空间的电磁频率，频率范围从300 kHz30 GHz之间。,当今最通用的频谱分段法是由电气和电子工程师学会（IEEE）建立的。,程钰间,10,全球定位系统：1227.6MHz-1575.42MHz CDMA: 发：824-849MHz；收：869-894MHz C波段的卫星广播： 上行：4GHz；下行：6GHz GSM WiMax、WiFi TD-SCDMA IEEE802.11标准 ,射频系统,程钰间,11,无线传输的需求 100kHz3000m，100MHz3m 电路尺寸 速度 频谱资源,为什么需要射频系统？,程钰间,12,趋肤效应 交流电流流经导体时趋向于导体外边部分，而直流电流均匀地流经整个导体的截面积。交流电阻大于直流电阻。 导体交流电流密度分布从表面起到导体中心按指数规律迅速减小。既然导线的中心部分几乎没有电流通过，就可以把这中心部分除去以节约材料。,问题？,程钰间,13,互耦 RF电路中的另外一个问题是信号很容易从电路内向外部和在电路内部之间辐射。这样，造成了电路内部元件之间、电路与其环境之间、其环境与电路之间的互相耦合。这种耦合又称为寄生耦合，电路元件之间的耦合造成了RF电路中的寄生反馈，引起电路的不稳定及性能下降。,问题？,程钰间,14,电阻,集总参数问题？,程钰间,15,电感 不仅仅线圈才产生电感，任何截面形状的一段导体或一段印刷板的铜带都可能形成电感和电阻，当然，电阻值是与频率相关的。,问题？,程钰间,16,如图（a）、（b）所示是空心线圈，一般由漆包线绕制而成，其中（a）为密绕，绕匝之间分布电容大，为减小分布电容，可绕成（b）的间绕形式。空心线圈的电感量较小，为增加电感量，可使用铁氧体磁性材料棒作为骨架，上面再绕上线圈，如图（c）所示。,程钰间,17,（d）为空心线圈或铁氧棒线圈的安装方法。RF电路中更常用的电感线圈如（f）所示，这种线圈是绕制在铁氧体磁环（如（e）所示）上的。磁环的磁路是闭合的，这样，可减小元件之间不必要的互耦。,程钰间,18,（g）所示是使用双孔磁芯的电感线圈，可进一步减小漏感，降低互耦。 （h）所示为贴片（SMD）电感，是当前RF电路中使用量最大的电感线圈，电感量已形成系列，最小电感量小于1nH，最大的达几十微享。 （i）所示是用金属薄膜电阻作骨架绕成的电感线圈，电阻并联在电感线圈两端。这类电感线圈用做RF扼流圈，并联电阻用于降低电感线圈的品质因数，防止电路中的自激振荡。,程钰间,19,从图可见，实际电感与理想电感是有差别的，由于分布电容的影响，有一个自谐振频率，高于此频率，则电感线圈呈容性。,问题？,程钰间,20,（a）和（c）所示是陶瓷平板电容，中间的介质材料是氧化铝瓷，呈片状（圆片或方片），两边蒸上（或刷上）电极，引出连线即可。一般情况下，这类电容的容量值较小，从1皮法到几百皮法，但高频特性好，可工作到几百兆赫兹。,（b）为穿心电容，用螺纹固定在金属外壳壁上，用做电源或信号（频率较低的控制信号）通过金属壳的馈入。此电容作电源馈入时，兼作去耦合及保障电源为交流接地，电容的容量为几千皮法。,电容,程钰间,21,（d） （e） （f）,（d）所示是空气介质双联可变电容，类似的结构可构成单个可变电容，主要用于超外差式接收机中及短波、VHF发射机功率放大器匹配网络中。（e）、（f）所示是微调电容，主要用于谐振电路、匹配电路及滤波器电路中。（e）中的介质材料是氧化铝瓷，电容的调节范围、尺寸大小规格很多。（f）所示的介质材料为玻璃或陶瓷，主要用于功率放大器的匹配电路中。,程钰间,22,（g） （h） （i）,（g）所示是圆筒形卷绕电容，是由金属箔（铝箔）及介质箔（包括有纸、聚四氟乙烯薄膜、绦纶薄膜等）一层一层交叠后卷绕而成的。 （h）、（i）所示是表面贴装（SMD）片式电容。其中，（i）是钽电解电容的外形图，它是有极性电容，有标记条向的电极接电源正极。钽电解电容的容量大，耐压适中，在RF电源去耦电路中使用广泛。但是，在低温下容量下降，使用时要注意到这个特性。现在，出现了无极性的大容量电容镍电容，其外形类似于图（h）。这种电容的各种性能均优于钽电解电容，特别是低温特性，但价格昂贵。,程钰间,23,电容,问题？,程钰间,24,普通电路分析方法适用的最高频率？ 什么特性使电子元件的高频性能和低频性能有如此大的差别？ 被应用的新电路理论是什么？ 这些理论是如何应用于射频模拟电路实际设计的？,疑问？,程钰间,25,高、低频区别：,1、低频：（30Hz f 300kHz） 讨论的主要内容：用来产生、放大和处理各种低频信号的电路。 分析方法：（线性电路分析）图解法、小信号等效电路法。 主要特点：忽略非线性、分析参数等，负载：纯阻R。,程钰间,26,2、高频（100kHz f 300 MHz、集中参数电路条件 ） 讨论的主要内容：以通信系统为主要对象，研究构成发送设备、接收设备的各单元电路，典型线路的工作原理。 分析方法：小信号等效电路；图解法。 主要特点：利用器件的非线性特性，分布参数不容忽视，负载：LC谐振回路,程钰间,27,一般无线通信系统的基本组成,程钰间,28,一般无线通信系统的基本组成,程钰间,29,高频电路重点、难点、知识点,1、课程内容待理解的三个方面,信号所传输的信号形式（载波、调制波、 已调波）及其描述（时域和频域）。,系统发射系统和接收系统的组成方案及 其组成系统的各模块的功能。,电路实现各种功能的具体电路。,2、抓住具体电路的性能指标,程钰间,30,指标：是根据系统模块电路的功能提出来的，是确定系统方案和设计电路的指导思想。,3、电路分析的着重点,（1）模拟电路的偏置；,（2）工作条件（比如信号的大小）；,（3）器件选择及其的应用状态确定（线形、非线性、线性时变）；,程钰间,31,（4）端口的阻抗匹配与失配选择；,4、模拟电路分析方法,（5）集总参数条件下的电路分析。,（1）小信号、线性电路分析法；,（2）大信号非线性电路分析方法；,5、实际电路分析关注事项,（1）电路结构（直流和交流通路图）；,程钰间,32,（2）直流偏置、晶体管的选择及其工作状态确定；,（3）信号输入、输出方式的确定；,（4）对信号大小的要求；,（5）信号输入端口、晶体管输出与并联谐振回路端口、并联谐振回路与负载端口的阻抗匹配；,（6）电路关键点的波形与频谱，及其关键指标的计算；,（7）理解从电路原理演变到实际电路所添加的必备器件；,（8）影响电路性能指标优劣的因素。,程钰间,33,6、高频电路特点,（1）晶体管等效电路必须考虑极间电容和结电容影响；,（2）电路分析时要考虑分布参数对技术指标