射频电路设计-理论与应用_图文
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射频电路的设计原理及应用普通手机射频电路由接收通路、发射通路、本振电路三大电路组成。
其主要负责接收信号解调;发射信息调制。
早期手机通过超外差变频(手机有一级、二级混频和一 本、二本振电路),后才解调出接收基带信息;新型手机则直接解调出接收基带信息(零中频)。
更有些手机则把频合、接收压控振荡器(RX—VCO)也都集成 在中频内部。
射频电路方框图一、接收电路的结构和工作原理接收时,天线把基站发送来电磁波转为微弱交流电流信号经滤波,高频放大后,送入中频内进行解调,得到接收基带信息(RXI-P、RXI-N、RXQ-P、RXQ-N);送到逻辑音频电路进一步处理。
1、该电路掌握重点(1)、接收电路结构。
(2)、各元件的功能与作用。
(3)、接收信号流程。
2、电路分析(1)、电路结构。
接收电路由天线、天线开关、滤波器、高放管(低噪声放大器)、中频集成块(接收解调器)等电路组成。
早期手机有一级、二级混频电路,其目的把接收频率降低后再解调(如下图)。
接收电路方框图(2)、各元件的功能与作用。
1)、手机天线:结构:(如下图)由手机天线分外置和内置天线两种;由天线座、螺线管、塑料封套组成。
作用:a)、接收时把基站发送来电磁波转为微弱交流电流信号。
b)、发射时把功放放大后的交流电流转化为电磁波信号。
2)、天线开关:结构:(如下图)手机天线开关(合路器、双工滤波器)由四个电子开关构成。
图一、图二作用:其主要作用有两个:a)、完成接收和发射切换;b)、 完成900M/1800M信号接收切换。
逻辑电路根据手机工作状态分别送出控制信号(GSM-RX-EN;DCS- RX-EN;GSM-TX-EN;DCS- TX-EN),令各自通路导通,使接收和发射信号各走其道,互不干扰。
由于手机工作时接收和发射不能同时在一个时隙工作(即接收时不发射,发射时不接收)。
因此后期新型手机把接收通路的两开关去掉,只留两个发射转换开关;接收切换任务交由高放管完成。
射频电路设计与应用射频(Radio Frequency,简称RF)电路是指一种在射频范围内工作的电子电路。
射频电路设计与应用广泛应用于通信、无线电、雷达、卫星导航等领域,具有重要的实际意义。
本文将介绍射频电路设计的基本原理、常用的设计方法和射频电路在现实应用中的重要性。
一、射频电路设计原理射频电路设计是指在一定频率范围内将电子元器件和电路组合起来,以实现无线信号的传输和接收。
射频电路的特点是频率较高,要求电路能够稳定地工作在高频环境下。
射频电路设计的基本原理包括频率选择、信号放大、滤波与混频等。
在频率选择方面,通常通过谐振电路来选择所需的工作频率。
在信号放大方面,选择合适的放大器并通过匹配网络来实现增益的放大。
在滤波方面,使用滤波电路来消除干扰信号和筛选所需信号。
混频则是将射频信号与局部振荡信号混合,获得所需的中频信号。
二、射频电路设计方法在射频电路设计中,常用的设计方法包括频率规划、传输线路设计、放大器设计、频率合成和滤波器设计等。
1. 频率规划:根据系统要求和应用场景确定工作频率范围,选择适合的信号源和合适的局部振荡器。
2. 传输线路设计:在高频环境下,传输线路的损耗、阻抗匹配和信号传输的稳定性至关重要。
合理设计传输线路,使用合适的传输线类型和匹配网络,能够提高射频电路的性能。
3. 放大器设计:根据射频信号的幅度要求选择合适的放大器类型,如低噪声放大器、功率放大器等,并通过合适的偏置和反馈网络实现设计要求。
4. 频率合成:通过合成多个频率信号以获得所需的频率信号。
常用的频率合成电路包括频率倍频器、混频器等。
5. 滤波器设计:射频电路中常常需要对信号进行滤波处理,以滤除干扰和选择所需信号。
根据系统要求,选择合适的滤波器类型,如低通滤波器、带通滤波器等。
三、射频电路在实际应用中的重要性射频电路设计与应用在现代通信技术中起着至关重要的作用。
举几个常见的应用场景作为例子。
1. 无线通信:射频电路是无线通信系统中必不可少的组成部分。
射频电路设计--理论与应用第1章引言1 1 射频设计的重要性1 2 量纲和单位1 3 频谱1 4 无源元件的射频特性1 4 1 高频电阻1 4 2 高频电容1 4 3 高频电感1 5 片状元件及对电路板的考虑1 5 1 片状电阻1 5 2 片状电容1 5 3 表面安装电感1 6 小结参考文献习题第2章传输线分析2 1 传输线理论的实质2 2 传输线举例2 2 1 双线传输线2 2 2 同轴线2 2 3 微带线2 3 等效电路表示法2 4 理论基础2 4 1 基本定律2 5 平行板传输线的电路参量2 6 各种传输线结构小结2 7 一般的传输线方程2 7 1 基尔霍夫电压和电流定律表示式2 7 2 行进的电压和电流波2 7 3 阻抗的一般定义2 7 4 无耗传输线模型2 8 微带传输线2 9 端接负载的无耗传输线2 9 1 电压反射系数2 9 2 传播常数和相速2 9 3 驻波2 10 特殊的终端条件2 10 1 端接负载无耗传输线的输入阻抗2 10 2 短路传输线2 10 3 开路传输线2 10 4 1/4波长传输线2 11 信号源和有载传输线2 11 1 信号源的相量表示法2 11 2 传输线的功率考虑2 11 3 输入阻抗匹配2 11 4 回波损耗和插入损耗2 12 小结参考文献习题第3章 Smith圆图 3 1 从反射系数到负载阻抗3 1 1 相量形式的反射系数3 1 2 归一化阻抗公式3 1 3 参数反射系数方程3 1 4 图形表示法3 2 阻抗变换3 2 1 普通负载的阻抗变换3 2 2 驻波比3 2 3 特殊的变换条件3 2 4 计算机模拟3 3 导纳变换3 3 1 参数导纳方程3 3 2 叠加的图形显示3 4 元件的并联和串联3 4 1 R和L元件的并联3 4 2 R和C元件的并联3 4 3 R和L元件的串联3 4 4 R和C元件的串联3 4 5 T形网络的例子3 5 小结参考文献习题第4章单端口网络和多端口网络4 1 基本定义4 2 互联网络4 2 1 网络的串联4 2 2 网络的并联4 2 3 级连网络4 2 4 ABCD网络参量小结4 3 网络特性及其应用4 3 1 网络参量之间的换算关系4 3 2 微波放大器分析4 4 散射参量4 4 1 散射参量的定义4 4 2 散射参量的物理意义4 4 3 链形散射矩阵4 4 4 Z参量与S参量之间的转换4 4 5 信号流图模型4 4 6 S参量的推广4 4 7 散射参量的测量4 5 小结参考文献习题第5章射频滤波器设计5 1 谐振器和滤波器的基本结构5 1 1 滤波器的类型和技术参数5 1 2 低通滤波器5 1 3 高通滤波器5 1 4 带通和带阻滤波器5 1 5 插入损耗5 2 特定滤波器的实现5 2 1 巴特沃斯滤波器5 2 2 切比雪夫滤波器5 2 3 标准低通滤波器设计的反归一化5 3 滤波器的实现5 3 1 单位元件5 3 2 Kurodac规则5 3 3 微带线滤波器的设计实例5 4 耦合微带线滤波器5 4 1 奇模和偶模的激励5 4 2 带通滤波器单元5 4 3 级连带通滤波器单元5 4 4 设计实例5 5 小结c参考文献习题第6章有源射频元件6 1 半导体基础6 1 1 半导体的物理特性6 1 2 PN结6 1 3 肖特基(Schottky)接触6 2 射频二极管6 2 1 肖特基二极管6 2 2 PIN二极管6 2 3 变容二极管6 2 4 IMPATT二极管6 2 5 隧道二极管6 2 6 TRAPATT,134BARRITT和Gunn二极管6 3 BJT双极结晶体管(Bipolar JunctioncTransistor) 6 3 1 结构6 3 2 功能6 3 3 频率响应6 3 4 温度性能6 3 5 极限值6 4 射频场效应晶体管6 4 1 结构6 4 2 功能6 4 3 频率响应6 4 4 极限值6 5 高电子迁移率晶体管6 5 1 结构6 5 2 功能6 5 3 频率响应6 6 小结参考文献习题 第7章有源射频电路器件模型 7.1 二极管模型7.1.1 非线性二极管模型7.1.2 线性二极管模型7.2 晶体管模型7.2.1 大信号BJT模型7.2.2 小信号BJT模型7.2.3 大信号FET模型7.2.4 小信号FET模型7.3 有源器件的测量7.3.1 双极结晶体管的DC特性7.3.2 双极结晶体管的AC参量的测量7.3.3 场效应晶体管参量的测量7.4 用散射参量表征器件特性7.5 小结参考文献习题第8章匹配网络和偏置网络 8 1 分立元件的匹配网络8 1 1 双元件的匹配网络8 1 2 匹配禁区.c频率响应以及品质因数8 1 3 T形匹配网络和π形匹配网络 8 2 微带线匹配网络8 2 1 从分立元件到微带线8 2 2 单节短截线匹配网络8 2 3 双短截线匹配网络8 3 放大器的工作状态和偏置网络8 3 1 放大器的工作状态和效率8 3 2 双极结晶体管的偏置网络8 3 3 场效应晶体管的偏置网络8 4 小结参考文献习题第9章射频晶体管放大器设计 9 1 放大器的特性指标9 2 放大器的功率关系9 2 1 射频源9 2 2 转换功率增益9 2 3 其他功率关系9 3 稳定性判定9 3 1 稳定性判定圆9 3 2 绝对稳定9 3 3 放大器的稳定措施9 4 增益恒定9 4 1 单向化设计法9 4 2 单向化设计误差因子9 4 3双共轭匹配设计法9 4 4 功率增益和资用功率增益圆9 5 噪声系数圆9 6 等驻波比圆9 7 宽带高功率多级放大器9 7 1 宽带放大器9 7 2 大功率放大器9 7 3 多级放大器9 8 小结参考文献习题第10章振荡器和混频器10 1 振荡器的基本模型10 1 1 负阻振荡器10 1 2 反馈振荡器的设计10 1 3 振荡器的设计步骤10 1 4 石英晶体振荡器10 2 高频振荡器电路10 2 1 固定频率振荡器10 2 2 介质谐振腔振荡器10 2 3 YIG调谐振荡器10 2 4 压控振荡器10 2 5 耿氏二极管(Gunncdiode)振荡器10 3 混频器的基本特征10 3 1 基本原理10 3 2 频域分析10 3 3 单端混频器设计10 3 4 单平衡混频器10 3 5 双平衡混频器10 4 小结参考文献习题附录A 常用物理量和单位 附录B 圆柱导体的趋肤公式附录C 复数附录D 矩阵变换 附录E 半导体的物理参量附录F 长和短的二极管模型附录G 耦合器附录H 噪声分析附录I MATLAB简介附录J 本书中英文缩写词。
一.什么是射频电路?射频简称RF,射频就是射频电流,它是一种高频交流变化电磁波的简称。
每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流,大于1000次的称为高频电流,而射频就是这样一种高频电流。
射频电路指处理信号的电磁波长与电路或器件尺寸处于同一数量级的电路。
此时由于器件尺寸和导线尺寸的关系,电路需要用分布参数的相关理论来处理,这类电路都可以认为是射频电路,对其频率没有严格要求,如长距离传输的交流输电线(50或60Hz)有时也要用RF的相关理论来处理。
二.射频电路的原理及发展射频电路最主要的应用领域就是无线通信,图1.1为一个典型的无线通信系统的框图,下面以这个系统为例分析射频电路在整个无线通信系统中的作用。
图1.1 典型射频系统方框图这是一个无线通信收发机(tranceiver)的系统模型,它包含了发射机电路、接收机电路以及通信天线。
这个收发机可以应用于个人通信和无线局域网络中。
在这个系统中,数字处理部分主要是对数字信号进行处理,包括采样、压缩、编码等;然后通过A/D转换器转换器变成模拟形式进入模拟信号电路单元。
模拟信号电路分为两部分:发射部分和接收部分。
发射部分的主要作用是:数- 模转换输出的低频模拟信号与本地振荡器提供的高频载波经过混频器上变频成射频调制信号,射频信号经过天线辐射到空间中去。
接收部分的主要作用是:空间辐射信号经过天线耦合到接收电路中去,接收到的微弱信号经过低噪声放大器被放大后与本地振荡信号经过混频器下变频为包含中频信号分量的信号。
滤波器的作用就是将有用的中频信号滤出来后输入模-数转换器转换成数字信号,然后进入数字处理部分处理。
下面,将针对图1.1 方框图中的低噪声放大器(LNA)讨论一般射频电路的组成和特点。
图1.2以TriQuint公司的TGA4506-SM为例,给出了这个放大器的电路板图,注意到输入信号是通过一个经过匹配滤波网络输入放大模块。
放大模块一般采用晶体管的共射极结构,其输入阻抗必须与位于低噪声放大器前面的滤波器的输出阻抗相匹配,从而保证最佳传输功率和最小反射系数,对于射频电路设计来说,这种匹配是必须的。
射频电路设计-理论与应用课程设计1 概述本节课程主要涉及射频电路的设计理论和应用技术。
通过学习本篇文档,能够了解射频电路的基本概念、常见设计方法、以及具体应用实例,具备一定的射频电路设计能力和应用分析能力。
2 射频电路基本知识2.1 射频电路概述射频电路是指工作频率在数百千赫到几千兆赫之间的电路,主要应用于无线通信、雷达、导航、数码电视、卫星通信等领域。
射频电路设计的主要目标是在保证信号质量的基础上,最小化电路功率消耗、尽可能压缩电路体积、提高信号传输距离。
2.2 射频电路常见元器件射频电路常用元器件包括:•电容器:用于高频电路的耦合、滤波和谐振等;•缩微型电感:是指工作频率为几百千赫到几千兆赫之间的小型电感元器件;•微型变容二极管:在射频信号调制解调中常用的元器件;•双极型晶体管:用于射频功率放大和射频信号的混频等。
2.3 射频电路常见设计方法射频电路设计方法主要包括:•参数调节法:通过对电路中元器件参数的调节,实现电路频率和增益的精准控制;•调谐法:通过变容、变感等方法,实现电路的谐振频率调节;•负反馈法:通过反馈电路设计,实现射频电路的稳定性提高。
3 射频电路设计应用实例3.1 射频功率放大器射频功率放大器是射频电路的重要组成部分,主要作用是将射频信号从低功率转变为高功率,以提高信号传输距离。
设计射频功率放大器时需要考虑功率放大器的功率损耗、失真、阻抗匹配等问题。
在具体的应用中,可以采用微带线、负载线和巴伦变压器结构等方式实现阻抗匹配。
3.2 频率合成器频率合成器是一种可以通过基准信号合成多种频率信号的电路。
射频频率合成器的设计主要考虑两个问题:频率合成的精度和频率合成的范围。
一般采用锁相环(PLL)电路来实现射频频率合成。
3.3 低噪声放大器低噪声放大器是指具有低噪声系数的放大器,能够分离出微弱的信号,并在放大的同时不引入额外的噪声。
低噪声放大器的设计,需要考虑电路稳定性、线性度、噪声系数等指标。