《射频射频电路基础》课件

射频电路基础课程简介目标了解射频电路的基本概念和原理内容电磁波理论、传输线理论、射频器件、放大器、混频器、振荡器、滤波器等课程目标1掌握射频电路设计的基本方法和流程2了解射频电路的应用领域和发展趋势3培养射频电路设计的能力射频电路的应用移动通信手机、基站无线网络路由器、无线网卡卫星通信卫星发射器、接收器雷达系统雷达天线、发射机射频频谱概述频段划分超低频、低频、中频、高频、甚高频、特高频、超高频、极高频、超极高频频谱利用广播、电视、移动通信、卫星通信、雷达等射频电路设计的重要性效率提高射频信号的传输效率可靠性保证射频电路的稳定性和可靠性性能提升射频电路的性能指标，如功率、噪声、带宽等电磁波基础回顾1电磁波的产生变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场2电磁波的传播电磁波在真空中以光速传播3电磁波的特性频率、波长、波速、极化电磁场理论库仑定律描述电荷之间的相互作用力高斯定理描述电场与电荷的关系安培环路定理描述磁场与电流的关系法拉第定律描述变化的磁场产生电场麦克斯韦方程组积分形式描述电磁场的基本规律微分形式描述电磁场的局部性质应用解释电磁波的传播、反射、折射等现象传输线理论基础传输线模型分布参数电路1传输线方程描述电压和电流沿传输线的传播2传输线特性特性阻抗、反射系数、驻波比3传输线的类型同轴电缆中心导体被绝缘层包围，外层为屏蔽层微带线导体条带位于介质基板上，另一面为接地层带状线两个平行导体条带位于介质基板上，两边为接地层传输线的特性阻抗Z0特性阻抗传输线在无反射情况下，电压与电流的比值传输线的反射和驻波距离电压Smith圆图介绍1阻抗匹配用于匹配传输线的阻抗2反射系数用于计算反射系数3驻波比用于计算驻波比Smith圆图的应用1阻抗匹配匹配传输线的阻抗2阻抗转换将传输线的阻抗转换为其他阻抗3线路分析分析传输线的特性Smith圆图的阻抗匹配匹配点匹配点位于圆图的中心匹配路径匹配路径从负载阻抗点到匹配点阻抗匹配的重要性信号传输提高信号传输效率，减少信号损耗电路稳定性提高电路的稳定性和可靠性功率传输提高功率传输效率L型匹配网络结构由一个电感和一个电容组成应用匹配传输线和负载之间的阻抗T型匹配网络2结构由两个电感和一个电容组成2应用匹配传输线和负载之间的阻抗π型匹配网络1结构由两个电容和一个电感组成2应用匹配传输线和负载之间的阻抗集总元件的射频模型电阻理想电阻电容理想电容电感理想电感电阻的射频模型频率阻抗电容的射频模型理想电容无损耗，阻抗随频率降低而降低1实际电容存在寄生电感和电阻，阻抗随频率降低而降低，但会趋于稳定2电感的射频模型理想电感无损耗，阻抗随频率升高而升高实际电感存在寄生电容和电阻，阻抗随频率升高而升高，但会趋于稳定射频晶体管基础BJT双极型晶体管MOSFET金属氧化物半导体场效应晶体管BJT晶体管结构由两个PN结组成工作原理通过基极电流控制集电极电流MOSFET晶体管结构由金属、氧化物层和半导体层组成工作原理通过栅极电压控制漏极电流晶体管的偏置电路1静态工作点晶体管的正常工作状态2偏置电路用来设定晶体管的静态工作点晶体管的小信号模型h参数模型描述晶体管的小信号特性Y参数模型描述晶体管的输入和输出导纳S参数模型描述晶体管的散射参数低噪声放大器(LNA)作用放大微弱的射频信号1特点低噪声系数、高增益、宽带宽2LNA的设计指标1噪声系数衡量放大器噪声的指标2增益放大器输出信号与输入信号的比值3带宽放大器能够有效放大的频率范围LNA的电路拓扑共射放大器适用于低频和中频共基放大器适用于高频和宽带共集放大器适用于低噪声放大混频器原理信号混合将两个频率不同的信号混合，产生新的频率信号频率转换将信号从一个频率范围转换到另一个频率范围混频器的类型双平衡混频器抑制载波泄露单平衡混频器结构简单，但载波泄露较大混频器的噪声系数频率噪声系数振荡器原理1正反馈将输出信号反馈回输入，形成闭环系统2振荡条件正反馈的增益大于1，相位移为360度振荡器的类型晶体振荡器频率稳定性高LC振荡器频率可调Colpitts振荡器结构由两个电容和一个电感组成特点频率可调，稳定性较高Hartley振荡器结构由两个电感和一个电容组成特点频率可调，稳定性较高锁相环(PLL)1参考信号输入信号，提供频率参考2相位比较器比较参考信号和输出信号的相位3电压控制振荡器(VCO)产生输出信号，其频率受控制电压的影响PLL的工作原理相位比较相位比较器比较参考信号和输出信号的相位电压控制相位比较器的输出电压控制VCO的频率锁相VCO的输出信号与参考信号保持同步PLL的应用移动通信频率合成数据传输时钟恢复雷达系统频率控制功率放大器(PA)作用放大射频信号的功率1指标功率输出、效率、线性度2PA的分类A类放大器效率较低，线性度较好B类放大器效率较高，线性度较差AB类放大器效率和线性度之间折衷C类放大器效率最高，线性度最差PA的效率滤波器基础滤波器作用滤除不需要的频率信号，保留需要的频率信号滤波器类型低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器滤波器的类型低通滤波器允许低频信号通过，阻挡高频信号高通滤波器允许高频信号通过，阻挡低频信号带通滤波器允许特定频率范围的信号通过，阻挡其他频率信号带阻滤波器阻挡特定频率范围的信号通过，允许其他频率信号通过巴特沃斯滤波器特点平坦的通带特性，在截止频率附近滚降速度较慢应用适用于音频、视频、通信系统等切比雪夫滤波器特点在通带内存在波动，在截止频率附近滚降速度较快应用适用于需要快速滚降的应用贝塞尔滤波器1特点平坦的通带特性，在截止频率附近滚降速度较慢，无超调2应用适用于需要快速滚降的应用射频电路的封装表面贴装封装(SMT)适合高密度、小尺寸的射频电路通孔封装(THT)适合大尺寸、高功率的射频电路射频电路的PCB设计阻抗控制控制传输线的特性阻抗，确保信号完整性布局布线合理布局元件，优化布线，减少寄生参数层叠结构设计多层结构，提高电路性能射频电路的测试与测量频谱分析仪测量信号的频率和功率网络分析仪测量网络的传输特性频谱分析仪的使用功能测量信号的频率、功率、带宽等应用射频信号测试、无线通信系统调试、频谱监测等网络分析仪的使用功能测量网络的传输特性，如增益、损耗、相位等应用射频电路调试、阻抗匹配测试、传输线特性测量等噪声系数的测量1原理通过比较放大器输出噪声功率与输入噪声功率来测量噪声系数2方法使用噪声系数测试仪或噪声系数测量方法射频电路的仿真仿真软件ADS、HFSS、CST、Ansys等仿真目的预测电路性能、优化电路设计、减少实物测试ADS软件介绍