《无源器件介绍》PPT课件.ppt

,-技术中心,无源器件基本知识,一、射频基本参数介绍 二、无源器件原理介绍,一、射频基本参数介绍,热噪声介绍 所有功耗（电阻性）单元都会产生热噪声或称Johnson噪声。这种噪声功 率可以表达为PNKTB，单位为瓦特（W）（注：Pn与电阻阻值大小无关）。 这里K=波尔兹曼常数，T是Kelvin表示的绝对温度，B是用以测量噪声功 率的频带宽度。 在室温下，1Hz频带宽度内产生的热噪声功率为： PNT(B) =（1.38 x10-23焦耳/ k）*（ 294k）* (1Hz) = 4.057x10 -21 W = 4.057x10-18 mW 用分贝表示为 -174dBm/1Hz。 在理想的无其他噪声的系统里，放大器的输入噪声即为热噪声。放大器的输出噪声包含了放大了的输入热噪声加放大器自身产生的噪声总和。 一个GSM载频CH内的热噪声 = -174 + 10Lg200KHz = -174 + 53 = -121dBm/CH,一、射频基本参数介绍,信噪比 研究噪声的目的在于如何减少它对信号的影响。 因此，离开信号谈噪声是无意义的。从噪声对信号影响的效果看，不在于噪声电平绝对值的大小，而在于信号功率与噪声功率的相对值，即信噪比，记为SN（信号功率与噪声功率比）。 功率/电平 功率指电磁波能量。输出功率指放大器输出电磁波的能量。一般功率单位为瓦w、毫瓦mw；用分贝表示为dBw、dBm。 1w = 1000mw；0dBw =10lg1w ；0dBm =10lg1mw；0dBw = 30dBm。 其他： 5W 10lg5000=37dBm 10w 10lg10000=40dBm 20w 10lg20000=43dBm 两个电磁波P1 和P2的叠加后功率为（P1+P2），单位为瓦或毫瓦。用分贝表示为P(dB) = 10lg（P1+P2）。 例如一个3dBm的电磁波与一个0dBm的电磁波叠加后功率为： P(dB) = 10lg（2mw + 1mw）= 4.77dBm。 （3dBm为2mw；0dBm为1mw）,一、射频基本参数介绍,增益和衰减 是指放大器在线性工作状态下对信号的放大能力，即放大倍数。通常用分贝表示G（dB）。 即：G(dB) = 10lgA（A为功率放大倍数） 增益可以为负数，即表示放大器把信号缩小了。 衰减器可以看做为一个负增益的放大器。无源器件对信号的衰减作用也可以看做是负增益。 插入损耗 插入损耗定义：当某一器件或部件接入传输线路后所，线路增加的衰减。单位用dB表示。,工作带宽 器件适用的频率范围。有效工作带宽通常以比中心频率下幅度衰减3dB的频点差值。 带内波动 是指在有效工作频带内最大和最小电平之间的差值。下图（a）中就是带内波动。,一、射频基本参数介绍,选择性（带外衰减） 衡量工作频带内的增益及带外辐射的抑制能力。,一、射频基本参数介绍,互调 互调是指非线性射频线路中，两个或多个频率的信号混合后所产生的噪音信号。 互调产生的本来了并不存在的“错误”信号，此信号会被系统误认为是真实的信号。 互调可由有源元件（无线电设备、二极管）或无源元件（电缆、接头、天线、滤波器）引起。 互调（举例） 频率A及B的连个载波信号，产生如下互调信号： 一阶： A，B 二阶： （A+B），（A-B） 三阶： （2AB），（2B A） 四阶： （3AB），（3B A），（2A2B） 五阶： （4AB），（4B A），（3A2B），（3B 2A） 通常，二阶、四阶和部分五阶互调信号与A或B的间隔比较大，可以不考虑影响，其他三阶和五阶中的（3A2B）、（3B 2A），与A、B比较接近，对系统影响比较大，其中影响最大的是三阶互调。,一、射频基本参数介绍,三阶互调 三阶交调：是指等幅双音信号f1和f2输入放大器后，由于放大器的非线性而产生的2f1f2和2f2f1的杂散分量。 将频率为f1、f2的两载波输入放大器，从频谱仪上显示为下图： x1 - x2即为三阶交调，单位是dBc。,一、射频基本参数介绍,互调失真对系统的影响 较高功率的发射信号通常会混合产生互调信号，最后进入接收波段。 而基站天线接收的信号通常功率较低。 如果互调信号与实际的接收信号具有相近或较高的功率，系统会误把互调 信号视为真实信号。 例如： 三阶互调失真信号（A=935MHz，B=960MHz） 2A-B=1870-960=910MHz 2B-A=1920-935=985MHz A及B代表GSM发射频率2A-B进入GSM接收波段，带来问题。 五阶互调失真信号（A=935MHz，B=954MHz在中国移动GSM的下行频段内） 3A-2B=2805-1908=897MHz（在中国移动GSM上行频段内）,一、射频基本参数介绍,互调产生的原因 构件材料 因为磁滞的关系，铁质材料是属非线性的 材料不纯 电镀问题 接触区域/电流密度 触点压力,一、射频基本参数介绍,隔离度 本振或信号泄漏到其他端口的功率与原有功率之比，单位为dB 。,一、射频基本参数介绍,无源器件种类： 耦合器（定向耦合器） 功分器 电桥 合路器 衰减器 环形器 负载,二、无源器件原理介绍,耦合器（定向耦合器） 是微波系统中应用广泛的一种微波器件，它的本质是将微波信号按一定的比例进行功率分配。,二、无源器件原理介绍,定向耦合器必须掌握几个关键指标： 耦合度 插入损耗 隔离度 功率容量 工作频带,二、无源器件原理介绍,二、无源器件原理介绍,功分器 典型的二路功分器有微带和腔体两种，二者各有优点，本说明阐述二者的区别： 腔体功分器和微带功分器的特点： 腔体功分器是同轴结构，它将输入的50阻抗变换为25（使用内外导体的不同比率），25阻抗可以良好的与两个输出50的并联阻抗匹配。 微带功分器通常用带状线结构设计，由一对1/4波长阻抗为70.7的带状线组成，输出端口之间串联一个100的电阻。,二、无源器件原理介绍,端口1（Port 1）的输入（Tx）信号： 在腔体功分器中, Port 1 的输入信号变换为25，可以良好的与输出口Port 2（50）和Port 3（50）的并联阻抗匹配，使输入端口具有良好的驻波VSWR。在微带功分器中，信号平均分成等幅同相的两路Port 2 和3。因为在电阻的两端电压相同，没有电流通过电阻。1/4波长线的特性阻抗是70.7（2*50），当Port 2 和3接50负载时，输入端具有良好的驻波VSWR。,二、无源器件原理介绍,端口2（ Port 2）输入的Rx信号: 在腔体功分器中，Port 2 的输入信号是失配的，信号的25%会被反射掉， 25% 将传到输出口Port 3，50%将直接送到Port 1，等效为Rx 信号损耗3 dB。在微带功分器中，Port 2的信号为50，是匹配的，但 功率被负载电阻和Port 1平均分配，电阻的作用是Ports 2 和3的退耦， 同样Rx信号损耗有50% （3 dB）。 插损是每个无线分布系统设计的天敌 腔体功分器的内导体的材料用黄铜，表面镀银，外壳用铜或铝， 用空气介质， 可以认为是损耗最小的传输线（除超导），损耗通常为 0.05 dB或更小，但通常标为0.1 dB，因为要测试这么小的插损非常困 难。微带功分器采用微带板设计，具有固有的0.3 到0.5 dB的损耗，听 起来并不大，但经过多个功分器的累积，结果是很大的。 系统的可靠性和安全性 对微带功分器来说，如果一个电缆或天线损坏，可能造成功分器 的开路或短路。但因为输出间有隔离，一个臂的问题不会影响到另一臂。 而腔体功分器没有电阻可烧，所以一旦产生开路或短路，其可马上恢复 正常工作。,二、无源器件原理介绍,功分器必须掌握几个关键指标： 分配比 插入损耗 隔离度 功率容量 工作频带,二、无源器件原理介绍,电桥 电桥是个四端口网络，它的特性是两口输入、两口输出，两输入口相互隔离，两输出端口各输出输入口输入功率的50，并且输出信号相位相差90度。为了方便与系统中其他子电路相连，在结构上端口2和3需要在同一方向，于是可将平行耦合线段相互错位。平行耦合线的长度应该设计在1/4导内波长，根据平行耦合线相互靠近的程度在端口2可以获得不同的耦合电平输出。对于耦合功率比为1：1的情况，直通口与耦合口等幅平衡输出，相位相差90度，此时称为3dB电桥。,二、无源器件原理介绍,二、无源器件原理介绍,合路器 来自收发系统的多个信号源如GSM、CDMA、DCS等经过合路器合路输出。合路器至少有两个输入口和一个输出口，输入口分别用于不同频段信号的输入，可将多路输入信号合成后由输出口输出。它还具有相反工作模式，可将原合成信号输出端口用作信号输入端口，多个输入端口成为输出端口，将输入信号分离为相应频段的信号，由输出端口分别输出。因此，合路器又称为分路器。其结构特性如图所示。,二、无源器件原理介绍,二、无源器件原理介绍,衰减器 在相当宽的频段范围内一种相移为零、其衰减和特性阻抗均与频率无关的常数，由电阻元件组成的四端网络，其主要用途是调整电路中信号大小、改善阻抗匹配。衰减器可以分为两种类型：固定的和可变的。通常工程上我们多采用固定衰减器。目前我们多采用的有5dB、10dB、15dB、20dB、30dB、40dB等。衰减器我们最关注的指标是衰减大小、功率容量大小等。,二、无源器件原理介绍,环形器 使信号单方向传输的器件。所有射频信号以同样的环形方向传输，但是只能从一