射频电路中无源器件特性

【连载】射频电路设计——原理与应用相关搜索:射频电路, 原理, 连载, 应用, 设计随着通信技术的发展，通信设备所用频率日益提高，射频（RF）和微波（MW）电路在通信系统中广泛应用，高频电路设计领域得到了工业界的特别关注，新型半导体器件更使得高速数字系统和高频模拟系统不断扩张。

微波射频识别系统（RFID）的载波频率在915MHz和2450MHz频率范围内；全球定位系统（GPS）载波频率在1227.60MHz和1575.42MHz的频率范围内；个人通信系统中的射频电路工作在1.9GHz，并且可以集成于体积日益变小的个人通信终端上；在C波段卫星广播通信系统中包括4GHz的上行通信链路和6GHz的下行通信链路。

通常这些电路的工作频率都在1GHz以上，并且随着通信技术的发展，这种趋势会继续下去。

但是，处理这种频率很高的电路，不仅需要特别的设备和装置，而且需要直流和低频电路中没有用到的理论知识和实际经验。

下面的内容主要是结合我从事射频电路设计方向研究4年来的体会，讲述在射频电路设计中必须具备的基础理论知识，以及我个人在研究和工作中累积的一些实际经验。

作者介绍ChrisHao，北京航空航天大学电子信息工程学院学士、博士生；研究方向为通信系统中的射频电路设计；负责或参与的项目包括：主动式射频识别系统设计、雷达信号模拟器射频前端电路设计、集成运算放大器芯片设计，兼容型GNSS接收机射频前端设计，等。

第1章射频电路概述本章首先给出了明确的频谱分段以及各段频谱的特点，接着通过一个典型射频电路系统以及其中的单元举例说明了射频通信系统的主要特点。

第1节频谱及其应用第2节射频电路概述第2章射频电路理论基础本章将介绍电容、电阻和电感的高频特性，它们在高频电路中大量使用，主要用于：（1）阻抗匹配或转换（2）抵消寄生元件的影响（扩展带宽）（3）提高频率选择性（谐振、滤波、调谐）（4）移相网络、负载等第1节品质因数第2节无源器件特性第3章传输线工作频率的提高意味着波长的减小，当频率提高到UHF时，相应的波长范围为10-100cm，当频率继续提高时，波长将与电路元件的尺寸相当，电压和电流不再保持空间不变，必须用波的特性来分析它们。

工程师必须要掌握的常用天线无源器件原理及功能工程师在无线通信系统的设计和维护中，需要了解天线和无源器件的原理和功能。

天线是将电磁能量从导线传输到自由空间的装置，而无源器件是在电路中不需要供电的元器件。

下面是工程师必须要掌握的常用天线和无源器件的原理和功能的介绍。

一、常用天线的原理和功能：1.简单天线：如半波长偶极子天线和单极天线。

原理是电流通过导线会在空间产生辐射，仿佛天线是一个辐射源。

常见于Wi-Fi路由器和收音机。

2. 方向性天线：如小型喇叭天线和Yagi天线。

原理是通过设计天线的形状和构造来实现特定的辐射方向性。

常见于通信基站和无线电测量设备。

3. 宽频带天线：如Vivaldi天线和螺旋天线。

原理是通过特殊的天线结构和构造实现宽频带的传输和接收功能。

常见于雷达和宽带通信系统。

4.衍射天线：如带状天线和光纤天线。

原理是利用天线和介质的交互作用，实现辐射和接收无线信号。

常见于射频传输和微波通信系统。

5.平面天线：如微带天线和贴片天线。

原理是将导体片固定在平面表面上，实现辐射和接收电磁波的功能。

常见于移动通信设备和卫星通信终端。

6.捕捉天线：如磁环天线和弹性天线。

原理是通过改变天线的物理位置或形状，实现对特定频段的信号捕捉和过滤。

常见于无线电接收器和RFID读写器。

二、常用无源器件的原理和功能：1.电阻器：原理是通过电阻材料的电阻值限制电流的流动，用于电路的调节和阻抗匹配。

2.电容器：原理是利用电场作用储存电荷，用于能量存储和电路的频率响应调节。

3.电感器：原理是利用电磁感应作用储存磁能，用于滤波和电路的频率响应调节。

4.变压器：原理是通过线圈的磁场耦合实现输入和输出电压的变化，用于电压转换和隔离。

5.二极管：原理是利用半导体的PN结实现单向电流导通，用于电流控制和电路开关。

6.晶体管：原理是利用半导体材料的输运特性实现电流放大，用于信号放大和电路控制。

7.三极管：原理是在晶体管的基础上添加了一个控制接口，实现电流的放大和控制功能。

1.什么是无源互调（PIM）？无源互调与有源互调相类似，只是无源互调是无源器件产生的。

只要在一个射频导体中同时存在两个或两个以上RF信号，就会产生互调。

当器件中存在一个以上的频率时，任何无源器件都会产生无源互调产物。

由于不同材料的连接处的具有非线性，信号会在结点混合。

典型地，其奇数阶互调产物（如IM3=2*F1-F2）会落在基站的上行或接收频段内，成为干扰接收机工作的信号。

它会造成独立于接收机随机底噪的接收机减敏现象。

2.产生PIM的典型原因？在射频器件（天线、电缆、滤波器等）中，有三个典型的成因：1．射频通道中不良的机械结点2．射频器件的材料具有磁滞现象（如不锈钢）3．射频通道中的表面或接触面受到污染。

例如，焊料（会吸附其他污染物）和加工过程中的金属微粒。

在一个完整的基站中，大功率放大器和接收机滤波器之间的任何无源器件都会产生严重的无源互调信号。

铁塔（“生锈螺钉噪声”）或发射天线的直射波周围的金属物质也会产生无源互调信号。

3.什么是IM3和IM5？它一般用来说明我们所讨论的互调产物的阶数。

IM表示“互调（inter-modulation）”。

紧跟着的数字是产生互调产物的两个母信号的整数倍频之和。

通过下表，可以很好的理解这个概念：IM Calculation互调计算IM Order互调阶数2*F1±1*F2 = F IM3Third Order (2+1=IM3)3*F1±2*F2 = F IM5Fifth Order (3+2=IM5)4*F1±3*F2 = F IM7Seventh Order (4+3=IM7)5*F1±4*F2 = F IM9Ninth Order (5+4=IM9)一般来说，阶数越小能量越大。

尽管如此，在选频系统中，接收机中的五阶互调产物大于三阶互调产物也是有可能的。

4.如果定义“良好”的PIM值？一个给定的RF器件所要求达到的无源互调水平对于该器件所在的最终系统的性能来说，是非常重要的。

1电平是以分贝表示的绝对功率，单位dBm，计算公式：dBm=10lg（*mw/1mw）2某发信机额定功率电平为30dBm，其杂散辐射相对电平为-70dBc，该项指标表明，杂散辐射电平为-40 dBm（30 dBm-70 dB）。

3增益(db)：指放大器或系统的功率放大倍数，单位为分贝(dB)4插损=器件输出电平(dBm)-器件输入电平(dBm)5隔离度——耦合端口与输出端口的功率比（隔离端口与输入端口的功率之比），单位为dB6无源器件的方向性=隔离度-耦合度7常规工程无源器件：耦合器、合路器、电桥、衰减器、负载、功分器等。

8负载是一种特殊的衰减器，衰减度为无限大。

9合路器分为同频段合路器和异频段合路器两种，3dB电桥主要应用于同频段内不同载波间的合路应用。

10滤波器的典型指标:频率范围、带宽、插入损耗、带外抑制、驻波（回波损耗）、带内波动、功率容量等。

11直放站分类，按带宽分为宽带直放站和选频直放站，按传输方式分为：无线直放站和有线直放站；按接入方式分为：直接耦合直放站和空间耦合直放站。

12若一个系统的功率放大的倍数是2，则这个系统的增益是3dB 。

若系统的输出电平是43dBm，输入电平是10dBm,则系统的增益是33dB。

13无源器件按电气性能可分为微带和腔体。

14光合波器或光分波器统称为波分复用器。

它能将使光纤的通信容量成倍的提高。

目前多采用1310nm和1550nm波长的波分复用器。

15天线是将高频电流或波导形式的能量变换成电磁波并向规定方向发射出去或把来自一定方向的电磁波还原为高频电流的一种设备。

主要参数：方向图、增益、输入阻抗、驻波比、极化方式、前后比等。

16天线按极化方式分为单极化天线及双极化天线。

单极化天线又分为垂直极化和水平极化。

17天线增益是指天线朝一个特定方向收发信号的能力。

其单位用dBi和dBd表示，其中dBi=dBd+2.15，0dBd=2.15dBi。

18天线波瓣宽度是指天线辐射图中，低于峰值3dB处夹角的宽度或主波瓣宽度从最大值下降一半时两点所张的夹角19天线前后比指最大正向增益与最大反向增益之比，用分数表示。

三维工程技术培训讲义1射频基本参数介绍无源器件原理介绍三维工程技术培训讲义2射频基本参数介绍三维工程技术培训讲义3射频基本参数介绍固有噪声电平以KTB 定义的热噪声功率，和实际噪声功率电平之间的差别（以dB 表示）叫做噪声系数。

把它折算到电路或系统的输入端，噪声系数就为在线性有噪系统中，已算出了多种带宽内的固有噪声电平:一个实际系统中，在没有互调失真的情况下，输入噪声系数决定了最低)log(10)log(10KTB P NF Nactual dB −=三维工程技术培训讲义4射频基本参数介绍 功率/电平)是指放大器输出信号能量的能力，直放站的输出功率一般就是它的ALC 电平宽。

一般单位为w 、mw 、dBm 。

注：dBm 是取1mw 作基准值，以分贝表示的绝对功率电平。

三维工程技术培训讲义5射频基本参数介绍 增益;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，单位可表示为分贝（dB）。

即：dB=10lgA（A为功率放大倍数）;是指放大器在线性工作状态下对信号的放大能三维工程技术培训讲义6射频基本参数介绍 插损当某一器件或部件接入传输电路后所增加的衰减，单位用dB表示。

如果一个无源器件输出的信号是输入信号的三维工程技术培训讲义7射频基本参数介绍三维工程技术培训讲义8射频基本参数介绍三维工程技术培训讲义9射频基本参数介绍 噪声系数噪声系数定义为系统输入信噪功率比（SNR 0）与输出信噪功率比（SNR 1）的比值。

噪声系数表征了信号通过系统后，系统内部噪声造成信噪比恶三维工程技术培训讲义10射频基本参数介绍 线性线性通常用来度量放大器使信号形状失真的程度。

通常要求放大器工作在线性工作环境中，即输入与输出的信号完全一样，只是工作幅度被放大或缩小。

三维工程技术培训讲义11射频基本参数介绍 互调;互调是指非线性射频线路中，两个或多个频率混合后所产生的噪音信号。

;互调产生的本来并不存在“错误”信号，此信号三维工程技术培训讲义12射频基本参数介绍 互调（举例）频率A 及B 上的载波，产生如下互调信号：1阶：A ，B2阶：（A+B ），（A-B ）三维工程技术培训讲义13射频基本参数介绍f1f22f1－f22f2－f1F(MHz)三维工程技术培训讲义14射频基本参数介绍三维工程技术培训讲义15射频基本参数介绍互调失真对系统的影响（举例）•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，带三维工程技术培训讲义16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•材料不纯三维工程技术培训讲义17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 。

简单地讲就是需能（电）源的器件叫有源器件，无需能（电）源的器件就是无源器件。

有源器件一般用来信号放大、变换等，无源器件用来进行信号传输，或者通过方向性进行“信号放大”。

容、阻、感都是无源器件，IC、模块等都是有源器件。

（通俗的说就是需要电源才能显示其特性的就是有源元件，如三极管。

而不用电源就能显示其特性的就叫无源元件）
1.无源器件的简单定义
如果电子元器件工作时，其内部没有任何形式的电源，不依靠外加电源（直流或交流）的存在就能独立表现出其外特性的器件就是无源器件。

从电路性质上看，无源器件有两个基本特点：（1）自身或消耗电能，或把电能转变为不同形式的其他能量。

（2）只需输入信号，不需要外加电源就能正常工作。

无源元件主要是电阻类、电感类、电容类、射频隔离器、射频环行器元件，它的共同特点是在电路中无需加电源即可在有信号时工作。

2.有源器件的基本定义
如果电子元器件工作时，其内部有电源存在，则这种器件叫做有源器件。

从电路性质上看，有源器件有两个基本特点：
（1）自身也消耗电能。

（2）除了输入信号外，还必须要有外加电源才可以正常工作。

由此可知，有源器件和无源器件对电路的工作条件要求、工作方式完全不同，这在电子技术的学习过程中必须十分注意。

优译创立于中国深圳市，主要生产的产品：射频隔离器、环形器、衰减器、负载、合路器、功分器、电桥、射频滤波器、放大器等射频微波器件。

rf电路中分频器
（原创实用版）
目录
1.RF 电路中的分频器概述
2.分频器的工作原理
3.分频器的应用领域
4.分频器的发展趋势
正文
一、RF 电路中的分频器概述
在射频（RF）电路设计中，分频器是一种重要的无源器件，主要用于将输入信号的频率转换成较低或较高的频率。

分频器在无线通信、广播电视、导航定位等众多领域中都有广泛的应用。

二、分频器的工作原理
分频器通常由一个或多个耦合电容、电感、谐振器等元器件组成，其工作原理主要基于信号的频率特性。

当输入信号的频率与分频器的固有频率相同或相近时，信号会被放大；而当输入信号的频率与分频器的固有频率相差较大时，信号会被衰减。

通过这种频率选择性的特性，分频器可以实现对信号的频率分选。

三、分频器的应用领域
1.无线通信：在无线通信系统中，分频器用于将高频信号转换成中频或低频信号，以便进行信号处理和传输。

2.广播电视：在广播电视系统中，分频器用于将音频信号和视频信号进行频率分离，以便在不同的设备上进行处理和传输。

3.导航定位：在导航定位系统中，分频器用于将导航信号和定位信号
进行频率分离，以便在不同的设备上进行处理和传输。

4.其他领域：分频器还广泛应用于雷达、电子对抗、仪器测量等领域。

四、分频器的发展趋势
随着科技的不断发展，对分频器的性能要求也越来越高。