無源器件介紹PPT課件

1、一、射頻基本參數(shù)介紹二、無源器件原理介紹第1頁/共28頁射頻基本參數(shù)介紹熱噪聲介紹 所有功耗（電阻性）單元都會產(chǎn)生熱噪聲或稱Johnson噪聲。這種噪聲功率可以表達(dá)為PNKTB，單位為瓦特（W）（注：Pn與電阻阻值大小無關(guān)）。 這里K=波爾茲曼常數(shù)，T是Kelvin表示的絕對溫度，B是用以測量噪聲功率的頻帶寬度。 在室溫下，1Hz頻帶寬度內(nèi)產(chǎn)生的熱噪聲功率為：PNT(B) =（1.38 x10-23焦耳/ k）*（ 294k）* (1Hz) = 4.057x10 -21 W = 4.057x10-18 mW 用分貝表示為 -174dBm/1Hz。 在理想的無其他噪聲的系統(tǒng)里，放大器的輸入噪聲即

2、為熱噪聲。放大器的輸出噪聲包含了放大了的輸入熱噪聲加放大器自身產(chǎn)生的噪聲總和。 一個GSM載頻CH內(nèi)的熱噪聲 = -174 + 10Lg200KHz = -174 + 53 = -121dBm/CH 第2頁/共28頁射頻基本參數(shù)介紹信噪比 研究噪聲的目的在于如何減少它對信號的影響。 因此，離開信號談噪聲是無意義的。從噪聲對信號影響的效果看，不在于噪聲電平絕對值的大小，而在于信號功率與噪聲功率的相對值，即信噪比，記為SN（信號功率與噪聲功率比）。功率/電平 功率指電磁波能量。輸出功率指放大器輸出電磁波的能量。一般功率單位為瓦w、毫瓦mw；用分貝表示為dBw、dBm。 1w = 1000mw；0d

3、Bw =10lg1w ；0dBm =10lg1mw；0dBw = 30dBm。 其他： 5W 10lg5000=37dBm 10w 10lg10000=40dBm 20w 10lg20000=43dBm 兩個電磁波P1 和P2的疊加后功率為（P1+P2），單位為瓦或毫瓦。用分貝表示為P(dB) = 10lg（P1+P2）。 例如一個3dBm的電磁波與一個0dBm的電磁波疊加后功率為： P(dB) = 10lg（2mw + 1mw）= 4.77dBm。 （3dBm為2mw；0dBm為1mw）第3頁/共28頁射頻基本參數(shù)介紹增益和衰減 是指放大器在線性工作狀態(tài)下對信號的放大能力，即放大倍數(shù)。通常用

4、分貝表示G（dB）。 即：G(dB) = 10lgA（A為功率放大倍數(shù)） 增益可以為負(fù)數(shù)，即表示放大器把信號縮小了。 衰減器可以看做為一個負(fù)增益的放大器。無源器件對信號的衰減作用也可以看做是負(fù)增益。插入損耗 插入損耗定義：當(dāng)某一器件或部件接入傳輸線路后所，線路增加的衰減。單位用dB表示。 第4頁/共28頁工作帶寬 器件適用的頻率范圍。有效工作帶寬通常以比中心頻率下幅度衰減3dB的頻點差值。帶內(nèi)波動 是指在有效工作頻帶內(nèi)最大和最小電平之間的差值。下圖（a）中就是帶內(nèi)波動。射頻基本參數(shù)介紹第5頁/共28頁選擇性（帶外衰減） 衡量工作頻帶內(nèi)的增益及帶外輻射的抑制能力。射頻基本參數(shù)介紹第6頁/共28頁

5、互調(diào) 互調(diào)是指非線性射頻線路中，兩個或多個頻率的信號混合后所產(chǎn)生的噪音信號。 互調(diào)產(chǎn)生的本來了并不存在的“錯誤”信號，此信號會被系統(tǒng)誤認(rèn)為是真實的信號。 互調(diào)可由有源元件（無線電設(shè)備、二極管）或無源元件（電纜、接頭、天線、濾波器）引起。 互調(diào)（舉例） 頻率A及B的連個載波信號，產(chǎn)生如下互調(diào)信號： 一階： A，B 二階： （A+B），（A-B） 三階： （2AB），（2B A） 四階： （3AB），（3B A），（2A2B） 五階： （4AB），（4B A），（3A2B），（3B 2A） 通常，二階、四階和部分五階互調(diào)信號與A或B的間隔比較大，可以不考慮影響，其他三階和五階中的（3A2B）、（3

6、B 2A），與A、B比較接近，對系統(tǒng)影響比較大，其中影響最大的是三階互調(diào)。射頻基本參數(shù)介紹第7頁/共28頁三階互調(diào) 三階交調(diào)：是指等幅雙音信號f1和f2輸入放大器后，由于放大器的非線性而產(chǎn)生的2f1f2和2f2f1的雜散分量。 將頻率為f1、f2的兩載波輸入放大器，從頻譜儀上顯示為下圖： x1 - x2即為三階交調(diào)，單位是dBc。射頻基本參數(shù)介紹第8頁/共28頁互調(diào)失真對系統(tǒng)的影響 較高功率的發(fā)射信號通常會混合產(chǎn)生互調(diào)信號，最后進(jìn)入接收波段。 而基站天線接收的信號通常功率較低。 如果互調(diào)信號與實際的接收信號具有相近或較高的功率，系統(tǒng)會誤把互調(diào)信號視為真實信號。 例如： 三階互調(diào)失真信號（A=9

7、35MHz，B=960MHz） 2A-B=1870-960=910MHz 2B-A=1920-935=985MHz A及B代表GSM發(fā)射頻率2A-B進(jìn)入GSM接收波段，帶來問題。 五階互調(diào)失真信號（A=935MHz，B=954MHz在中國移動GSM的下行頻段內(nèi)） 3A-2B=2805-1908=897MHz（在中國移動GSM上行頻段內(nèi)）射頻基本參數(shù)介紹第9頁/共28頁互調(diào)產(chǎn)生的原因 構(gòu)件材料 因為磁滯的關(guān)系，鐵質(zhì)材料是屬非線性的 材料不純 電鍍問題 接觸區(qū)域/電流密度 觸點壓力射頻基本參數(shù)介紹第10頁/共28頁隔離度 本振或信號泄漏到其他端口的功率與原有功率之比，單位為dB 。射頻基本參數(shù)介紹

8、第11頁/共28頁無源器件種類： 耦合器（定向耦合器） 功分器 電橋 合路器 衰減器 環(huán)形器 負(fù)載第12頁/共28頁耦合器（定向耦合器） 是微波系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的一種微波器件，它的本質(zhì)是將微波信號按一定的比例進(jìn)行功率分配。 第13頁/共28頁定向耦合器必須掌握幾個關(guān)鍵指標(biāo)： 耦合度 插入損耗 隔離度 功率容量 工作頻帶第14頁/共28頁第15頁/共28頁功分器 典型的二路功分器有微帶和腔體兩種，二者各有優(yōu)點，本說明闡述二者的區(qū)別： 腔體功分器和微帶功分器的特點： 腔體功分器是同軸結(jié)構(gòu)，它將輸入的50阻抗變換為25（使用內(nèi)外導(dǎo)體的不同比率），25阻抗可以良好的與兩個輸出50的并聯(lián)阻抗匹配。 微帶功

9、分器通常用帶狀線結(jié)構(gòu)設(shè)計，由一對1/4波長阻抗為70.7的帶狀線組成，輸出端口之間串聯(lián)一個100的電阻。第16頁/共28頁 端口1（Port 1）的輸入（Tx）信號： 在腔體功分器中, Port 1 的輸入信號變換為25，可以良好的與輸出口Port 2（50）和Port 3（50）的并聯(lián)阻抗匹配，使輸入端口具有良好的駐波VSWR。在微帶功分器中，信號平均分成等幅同相的兩路Port 2 和3。因為在電阻的兩端電壓相同，沒有電流通過電阻。1/4波長線的特性阻抗是70.7（2*50），當(dāng)Port 2 和3接50負(fù)載時，輸入端具有良好的駐波VSWR。第17頁/共28頁端口2（ Port 2）輸入的Rx

10、信號: 在腔體功分器中，Port 2 的輸入信號是失配的，信號的25%會被反射掉， 25% 將傳到輸出口Port 3，50%將直接送到Port 1，等效為Rx信號損耗3 dB。在微帶功分器中，Port 2的信號為50，是匹配的，但功率被負(fù)載電阻和Port 1平均分配，電阻的作用是Ports 2 和3的退耦，同樣Rx信號損耗有50% （3 dB）。插損是每個無線分布系統(tǒng)設(shè)計的天敵 腔體功分器的內(nèi)導(dǎo)體的材料用黃銅，表面鍍銀，外殼用銅或鋁，用空氣介質(zhì)， 可以認(rèn)為是損耗最小的傳輸線（除超導(dǎo)），損耗通常為0.05 dB或更小，但通常標(biāo)為0.1 dB，因為要測試這么小的插損非常困難。微帶功分器采用微帶板設(shè)

11、計，具有固有的0.3 到0.5 dB的損耗，聽起來并不大，但經(jīng)過多個功分器的累積，結(jié)果是很大的。系統(tǒng)的可靠性和安全性 對微帶功分器來說，如果一個電纜或天線損壞，可能造成功分器的開路或短路。但因為輸出間有隔離，一個臂的問題不會影響到另一臂。而腔體功分器沒有電阻可燒，所以一旦產(chǎn)生開路或短路，其可馬上恢復(fù)正常工作。第18頁/共28頁功分器必須掌握幾個關(guān)鍵指標(biāo)： 分配比 插入損耗 隔離度 功率容量 工作頻帶第19頁/共28頁電橋 電橋是個四端口網(wǎng)絡(luò)，它的特性是兩口輸入、兩口輸出，兩輸入口相互隔離，兩輸出端口各輸出輸入口輸入功率的50，并且輸出信號相位相差90度。為了方便與系統(tǒng)中其他子電路相連，在結(jié)構(gòu)上

12、端口2和3需要在同一方向，于是可將平行耦合線段相互錯位。平行耦合線的長度應(yīng)該設(shè)計在1/4導(dǎo)內(nèi)波長，根據(jù)平行耦合線相互靠近的程度在端口2可以獲得不同的耦合電平輸出。對于耦合功率比為1：1的情況，直通口與耦合口等幅平衡輸出，相位相差90度，此時稱為3dB電橋。第20頁/共28頁第21頁/共28頁合路器 來自收發(fā)系統(tǒng)的多個信號源如GSM、CDMA、DCS等經(jīng)過合路器合路輸出。合路器至少有兩個輸入口和一個輸出口，輸入口分別用于不同頻段信號的輸入，可將多路輸入信號合成后由輸出口輸出。它還具有相反工作模式，可將原合成信號輸出端口用作信號輸入端口，多個輸入端口成為輸出端口，將輸入信號分離為相應(yīng)頻段的信號，由

13、輸出端口分別輸出。因此，合路器又稱為分路器。其結(jié)構(gòu)特性如圖所示。第22頁/共28頁第23頁/共28頁衰減器 在相當(dāng)寬的頻段范圍內(nèi)一種相移為零、其衰減和特性阻抗均與頻率無關(guān)的常數(shù)，由電阻元件組成的四端網(wǎng)絡(luò)，其主要用途是調(diào)整電路中信號大小、改善阻抗匹配。衰減器可以分為兩種類型：固定的和可變的。通常工程上我們多采用固定衰減器。目前我們多采用的有5dB、10dB、15dB、20dB、30dB、40dB等。衰減器我們最關(guān)注的指標(biāo)是衰減大小、功率容量大小等。第24頁/共28頁環(huán)形器 使信號單方向傳輸?shù)钠骷?。所有射頻信號以同樣的環(huán)形方向傳輸，但是只能從一個端口出去，所有射頻信號必須從它遇到的第一個端口出來。