《射頻射頻電路基礎(chǔ)》課件

射頻電路基礎(chǔ)課程簡介目標(biāo)了解射頻電路的基本概念和原理內(nèi)容電磁波理論、傳輸線理論、射頻器件、放大器、混頻器、振蕩器、濾波器等課程目標(biāo)1掌握射頻電路設(shè)計的基本方法和流程2了解射頻電路的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢3培養(yǎng)射頻電路設(shè)計的能力射頻電路的應(yīng)用移動通信手機、基站無線網(wǎng)絡(luò)路由器、無線網(wǎng)卡衛(wèi)星通信衛(wèi)星發(fā)射器、接收器雷達系統(tǒng)雷達天線、發(fā)射機射頻頻譜概述頻段劃分超低頻、低頻、中頻、高頻、甚高頻、特高頻、超高頻、極高頻、超極高頻頻譜利用廣播、電視、移動通信、衛(wèi)星通信、雷達等射頻電路設(shè)計的重要性效率提高射頻信號的傳輸效率可靠性保證射頻電路的穩(wěn)定性和可靠性性能提升射頻電路的性能指標(biāo)，如功率、噪聲、帶寬等電磁波基礎(chǔ)回顧1電磁波的產(chǎn)生變化的電場產(chǎn)生磁場，變化的磁場產(chǎn)生電場2電磁波的傳播電磁波在真空中以光速傳播3電磁波的特性頻率、波長、波速、極化電磁場理論庫侖定律描述電荷之間的相互作用力高斯定理描述電場與電荷的關(guān)系安培環(huán)路定理描述磁場與電流的關(guān)系法拉第定律描述變化的磁場產(chǎn)生電場麥克斯韋方程組積分形式描述電磁場的基本規(guī)律微分形式描述電磁場的局部性質(zhì)應(yīng)用解釋電磁波的傳播、反射、折射等現(xiàn)象傳輸線理論基礎(chǔ)傳輸線模型分布參數(shù)電路1傳輸線方程描述電壓和電流沿傳輸線的傳播2傳輸線特性特性阻抗、反射系數(shù)、駐波比3傳輸線的類型同軸電纜中心導(dǎo)體被絕緣層包圍，外層為屏蔽層微帶線導(dǎo)體條帶位于介質(zhì)基板上，另一面為接地層帶狀線兩個平行導(dǎo)體條帶位于介質(zhì)基板上，兩邊為接地層傳輸線的特性阻抗Z0特性阻抗傳輸線在無反射情況下，電壓與電流的比值傳輸線的反射和駐波距離電壓Smith圓圖介紹1阻抗匹配用于匹配傳輸線的阻抗2反射系數(shù)用于計算反射系數(shù)3駐波比用于計算駐波比Smith圓圖的應(yīng)用1阻抗匹配匹配傳輸線的阻抗2阻抗轉(zhuǎn)換將傳輸線的阻抗轉(zhuǎn)換為其他阻抗3線路分析分析傳輸線的特性Smith圓圖的阻抗匹配匹配點匹配點位于圓圖的中心匹配路徑匹配路徑從負載阻抗點到匹配點阻抗匹配的重要性信號傳輸提高信號傳輸效率，減少信號損耗電路穩(wěn)定性提高電路的穩(wěn)定性和可靠性功率傳輸提高功率傳輸效率L型匹配網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由一個電感和一個電容組成應(yīng)用匹配傳輸線和負載之間的阻抗T型匹配網(wǎng)絡(luò)2結(jié)構(gòu)由兩個電感和一個電容組成2應(yīng)用匹配傳輸線和負載之間的阻抗π型匹配網(wǎng)絡(luò)1結(jié)構(gòu)由兩個電容和一個電感組成2應(yīng)用匹配傳輸線和負載之間的阻抗集總元件的射頻模型電阻理想電阻電容理想電容電感理想電感電阻的射頻模型頻率阻抗電容的射頻模型理想電容無損耗，阻抗隨頻率降低而降低1實際電容存在寄生電感和電阻，阻抗隨頻率降低而降低，但會趨于穩(wěn)定2電感的射頻模型理想電感無損耗，阻抗隨頻率升高而升高實際電感存在寄生電容和電阻，阻抗隨頻率升高而升高，但會趨于穩(wěn)定射頻晶體管基礎(chǔ)BJT雙極型晶體管MOSFET金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管BJT晶體管結(jié)構(gòu)由兩個PN結(jié)組成工作原理通過基極電流控制集電極電流MOSFET晶體管結(jié)構(gòu)由金屬、氧化物層和半導(dǎo)體層組成工作原理通過柵極電壓控制漏極電流晶體管的偏置電路1靜態(tài)工作點晶體管的正常工作狀態(tài)2偏置電路用來設(shè)定晶體管的靜態(tài)工作點晶體管的小信號模型h參數(shù)模型描述晶體管的小信號特性Y參數(shù)模型描述晶體管的輸入和輸出導(dǎo)納S參數(shù)模型描述晶體管的散射參數(shù)低噪聲放大器(LNA)作用放大微弱的射頻信號1特點低噪聲系數(shù)、高增益、寬帶寬2LNA的設(shè)計指標(biāo)1噪聲系數(shù)衡量放大器噪聲的指標(biāo)2增益放大器輸出信號與輸入信號的比值3帶寬放大器能夠有效放大的頻率范圍LNA的電路拓撲共射放大器適用于低頻和中頻共基放大器適用于高頻和寬帶共集放大器適用于低噪聲放大混頻器原理信號混合將兩個頻率不同的信號混合，產(chǎn)生新的頻率信號頻率轉(zhuǎn)換將信號從一個頻率范圍轉(zhuǎn)換到另一個頻率范圍混頻器的類型雙平衡混頻器抑制載波泄露單平衡混頻器結(jié)構(gòu)簡單，但載波泄露較大混頻器的噪聲系數(shù)頻率噪聲系數(shù)振蕩器原理1正反饋將輸出信號反饋回輸入，形成閉環(huán)系統(tǒng)2振蕩條件正反饋的增益大于1，相位移為360度振蕩器的類型晶體振蕩器頻率穩(wěn)定性高LC振蕩器頻率可調(diào)Colpitts振蕩器結(jié)構(gòu)由兩個電容和一個電感組成特點頻率可調(diào)，穩(wěn)定性較高Hartley振蕩器結(jié)構(gòu)由兩個電感和一個電容組成特點頻率可調(diào)，穩(wěn)定性較高鎖相環(huán)(PLL)1參考信號輸入信號，提供頻率參考2相位比較器比較參考信號和輸出信號的相位3電壓控制振蕩器(VCO)產(chǎn)生輸出信號，其頻率受控制電壓的影響PLL的工作原理相位比較相位比較器比較參考信號和輸出信號的相位電壓控制相位比較器的輸出電壓控制VCO的頻率鎖相VCO的輸出信號與參考信號保持同步PLL的應(yīng)用移動通信頻率合成數(shù)據(jù)傳輸時鐘恢復(fù)雷達系統(tǒng)頻率控制功率放大器(PA)作用放大射頻信號的功率1指標(biāo)功率輸出、效率、線性度2PA的分類A類放大器效率較低，線性度較好B類放大器效率較高，線性度較差A(yù)B類放大器效率和線性度之間折衷C類放大器效率最高，線性度最差PA的效率濾波器基礎(chǔ)濾波器作用濾除不需要的頻率信號，保留需要的頻率信號濾波器類型低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器濾波器的類型低通濾波器允許低頻信號通過，阻擋高頻信號高通濾波器允許高頻信號通過，阻擋低頻信號帶通濾波器允許特定頻率范圍的信號通過，阻擋其他頻率信號帶阻濾波器阻擋特定頻率范圍的信號通過，允許其他頻率信號通過巴特沃斯濾波器特點平坦的通帶特性，在截止頻率附近滾降速度較慢應(yīng)用適用于音頻、視頻、通信系統(tǒng)等切比雪夫濾波器特點在通帶內(nèi)存在波動，在截止頻率附近滾降速度較快應(yīng)用適用于需要快速滾降的應(yīng)用貝塞爾濾波器1特點平坦的通帶特性，在截止頻率附近滾降速度較慢，無超調(diào)2應(yīng)用適用于需要快速滾降的應(yīng)用射頻電路的封裝表面貼裝封裝(SMT)適合高密度、小尺寸的射頻電路通孔封裝(THT)適合大尺寸、高功率的射頻電路射頻電路的PCB設(shè)計阻抗控制控制傳輸線的特性阻抗，確保信號完整性布局布線合理布局元件，優(yōu)化布線，減少寄生參數(shù)層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計多層結(jié)構(gòu)，提高電路性能射頻電路的測試與測量頻譜分析儀測量信號的頻率和功率網(wǎng)絡(luò)分析儀測量網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性頻譜分析儀的使用功能測量信號的頻率、功率、帶寬等應(yīng)用射頻信號測試、無線通信系統(tǒng)調(diào)試、頻譜監(jiān)測等網(wǎng)絡(luò)分析儀的使用功能測量網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性，如增益、損耗、相位等應(yīng)用射頻電路調(diào)試、阻抗匹配測試、傳輸線特性測量等噪聲系數(shù)的測量1原理通過比較放大器輸出噪聲功率與輸入噪聲功率來測量噪聲系數(shù)2方法使用噪聲系數(shù)測試儀或噪聲系數(shù)測量方法射頻電路的仿真仿真軟件ADS、HFSS、CST、Ansys等仿真目的預(yù)測電路性能、優(yōu)化電路設(shè)計、減少實物測試ADS軟件介紹