第11章频谱搬移电路无线通信射频电路技术与设计文光
rf射频技术和原理 书籍
rf射频技术和原理书籍RF射频技术和原理一、引言RF射频技术是一种无线通信技术，广泛应用于无线电、电视、手机、雷达等领域。
本文将介绍RF射频技术的基本原理和相关书籍。
二、RF射频技术的基本原理RF射频（Radio Frequency）是指在30kHz至300GHz的频段内的无线电频率。
射频技术是利用射频信号传输和处理信息的技术。
其基本原理包括射频信号的产生、调制、传输和接收。
1. 射频信号的产生射频信号的产生通常通过射频信号发生器实现。
发生器内部包含振荡器，通过稳定的电路结构和元器件，产生稳定的射频信号。
2. 射频信号的调制射频信号的调制是指通过改变射频信号的某些参数来携带和传输信息。
常见的调制方式有幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）等。
3. 射频信号的传输射频信号的传输通常通过天线进行。
天线是射频信号的发射和接收装置，能够将电信号转换为无线电波并辐射出去。
在传输过程中，射频信号会受到多径效应、衰减和干扰等影响。
4. 射频信号的接收射频信号的接收通常也通过天线进行。
接收天线将接收到的射频信号转换为电信号，并通过射频前端电路进行放大、滤波和解调等处理，最终得到原始信号。
三、与RF射频技术相关的书籍推荐1. 《射频技术实用手册》这本书介绍了射频技术的基本概念、原理和应用。
内容详实全面，适合初学者入门和专业人士参考。
2. 《射频电路设计与仿真》该书详细介绍了射频电路的设计方法和仿真技术。
通过案例分析和实例演示，帮助读者掌握射频电路设计的基本原理和技巧。
3. 《射频电子技术基础》这本书系统地介绍了射频电子技术的基本理论和应用。
结合实例，讲解了射频电路的设计和调试方法，对于理解射频电子技术有很大帮助。
4. 《射频电路设计与分析》该书从理论到实践，介绍了射频电路设计的基本原理和方法。
通过大量实例和仿真分析，帮助读者深入理解射频电路设计的关键技术和难点。
5. 《射频电路设计与应用》这本书介绍了射频电路的基本原理、设计方法和应用技术。
射频微波电路导论课件
滤波器设计
滤波器的作用
滤波器用于选择特定频率范围的 信号，抑制不需要的频率成分，
从而提高信号的纯度。
滤波器的设计方法
可以采用LC电路、微带线等方法进 行滤波器的设计，通过调整元件的 值和连接方式来实现不同的滤波特 性。
滤波器的应用场景
在射频微波电路中，滤波器广泛应 用于信号处理、通信系统等领域。
天线设计
THANKS
感谢观看
物联网技术将促进射频微波电路与其他技术的 结合，如传感器技术、云计算技术等，为射频 微波电路的创新发展提供更多可能性。
新材料的应用前景
新材料的出现将为射频微波电 路的设计和制造提供更多的选 择和可能性。
新材料具有优异的物理性能和 化学性能，可以提高射频微波 电路的性能和稳定性。
新材料的应用将推动射频微波 电路向绿色环保、可持续发展 方向迈进，降低对环境的负面 影响。
04
射频微波电路的设计与实现
匹配网络设计
匹配网络的作用
匹配网络的应用场景
匹配网络是用于实现射频微波电路中 各个元件之间的阻抗匹配，确保信号 传输的效率和质量。
在射频微波电路中，如放大器、滤波 器、混频器等元件都需要用到匹配网 络，以确保信号的顺畅传输。
匹配网络的设计方法
可以采用传输线理论、Smith Chart 等方法进行匹配网络的设计，通过调 整元件的阻抗值来实现匹配。
01
03
滤波器在射频微波电路中的设计和制作需考虑其频率 响应特性、插入损耗和群时延等因素，以确保电路性
能的稳定性和可靠性。
04
滤波器的种类繁多，常见的有LC滤波器、微带线滤波 器和介质滤波器等，根据不同的应用需求选择合适的 滤波器类型和规格。
03
射频通信电路
1.3.1 分布参数概念《射频通信电路》常树茂
分布参数元件是指一个元件的特性延伸扩展到一定的 空间范围内，不再局限于元件自身。
《射频通信电路》常树茂
分布参数 例子1
例1-1 如果分布电容为 CD=1pF，请计算在 f=2kHz、2MHz 和 2GHz 时，分布电容的容抗 XD。
解：分布电容 CD 的容抗 XD 为
1.2 微波的定义
微波（MW，Microwave）
自由空间中波长1mm到1m
频率300MHz至300GHz
1.2
《射频通信电路》常树茂
射频通信系统
利用更宽的频带和更高的信息容量； 通信设备的体积进一步减小； 解决频率资源日益紧张的问题； 通信信道频率间隙增大，减小干扰； 小尺寸天线，高增益，移动通信系统
趋肤深度定义
1 f
趋肤效应
《射频通信电路》常树茂
•图 2-1 交流状态下铜导线横截面电流密度对直流 情况的归一化值
趋肤效应
《射频通信电路》常树茂
铜的电导率为 6.45107 S / m ，导磁率=0，则在 f=1kHz、1MHz 和 1GHz 的频率下，趋肤深度分别为
f 1kHz 2.0mm f 1MHz 63m f 1GHz 2.0m
/4DQPSK
0.6~3W 0.6~3W
IS-95 869~894 824~849 50MHz CDMA/ FDMA 1250kHz 55~62 20 15960 FDD 12288kbps
BPSK/OQPSK
0.2~2W 0.2~2W
GSM 935~960 890~915 50MHz TDMA/ FDMA 200kHz 8 124 992 FDD 271kbps GMSK 2~20W
射频_微波工程师经典参考书汇总
射频_微波工程师经典参考书汇总1.《射频电路设计--理论与应用》『美』 Reinhold Ludwig 著电子工业出版社个人书评:射频经典著作，建议做RF的人手一本，里面内容比较全面，这本书要反复的看，每读一次都会更深一层理解.随便提一下，关于看射频书籍看不懂的地方怎么办,我提议先看枝干或结论有个大概印象，实在弄不明白就跳过(当然可问身边同事同学或GOOGLE一下)，跳过不是不管它了，而是尽量先看完自己能看懂的，看第二遍的时候再重点抓第一次没有看懂的地方，人的思维是不断升华的，知识的也是一个系统体系，有关联的，当你把每一块砖弄明白了，就自然而然推测出金字塔塔顶是怎么架设出来的。
2. 《射频通信电路设计》『中』刘长军著科学技术出版社个人书评:有拼凑之嫌(大量引用书1和《微波晶体管放大电路分析与设计》内容)，但还是有可取之处，加上作者的理解，比看外文书(或者翻译本)看起来要通俗易懂，毕竟是中国人口韵。
值得一看，书上有很多归纳性的经验.3(《高频电路设计与制作》『日』市川欲一著科学技术出版社个人书评:本人说实话比较喜欢日本人写书的风格和语言，及其通俗，配上图示，极其深奥的理论看起来明明朗朗，比那些从头到尾只会搬抄公式的某些教授强们多了，本书作者的实践之作，里面都是一些作者的设计作品和设计方法，推荐一看..5. 《振荡电路设计与应用》『日』稻叶宝著科学技术出版社个人书评:这边书还不错，除了学到振荡电路设计，还学到了很多模拟电路的基础应用，唯一缺点书中的内容涉及频率的都不够高(k级，几M,几十，几百M的振荡器)，做有源电路的可以看一下,整体感觉还行.6. 《锁相环电路设计与应用》『日』远坂俊昭著科学技术出版社个人书评:对PLL原理总是搞不太明白的同学可以参考此书，图形图片很多，让人很直观明白，比起其他PLL书只会千篇一律写公式强千倍。
好书，值得收藏～7. 《信号完整性分析》『美』 Eric Bogatin著电子工业出版社个人书评:前几章用物理的方法看电子，感觉不好理解，写的感觉很拗口，翻译好像也有些不到位，但后面几章写的确实好，尤其是关于传输线的，对你理解信号的传输的实际过程，能建立一个很好的模型，推荐大家看一下，此书还是不错的.(看多了RF的，换换胃口)8. 《高速数字设计》『美』 Howard Johnson著电子工业出版社个人书评:刚刚卓越买回来，还没有动“她”呢，随便翻了下目录，做高速电路和PCB Layout的工程师一看要看下，这本书也是经典书喔～10.《EMC电磁兼容设计与测试案例分析》『中』郑军奇著电子工业出版社个人书评:实战性和很强的一本书，本人做产品经常要送去信息产业部电子研究5所做EMC测试，认证.产品认证是产品成功的临门一脚，把这脚球踢好，老板会很赏识你的，如果你也负责产品的EMC，这本书必读。
手机各电路原理射频电路内容详细,不看后悔
射频电路篇本次培训内容：手机各级电路原理及故障检修1，基带电路发话电路、受话电路、蜂鸣电路、耳机电路、 背光电路、马达电路、按键电路、充电电路、开 关机电路、摄像电路、蓝牙电路、FM电路、显示 电路、SIM卡电路、TF卡电路2，射频电路接收电路、发射电路一、手机通用的接收与发射流程天线：ANT 声表面滤波器：SAWfilter 低噪声放大器：LNA 功放：PA手机通用的接收与发射流程1、信号接收流程： 天线接收——天线匹配电路——双工器——滤波（声 表面滤波器SAWfilter）——放大（低噪声放大器 LNA）——RX_VCO混频（混频器Mixer）——放大 （可编程增益放大器PGA）——滤波——IQ解调（IQ 调制器）——（进入基带部分）GMSK解调——信道均 衡——解密——去交织——语音解码——滤波—— DAC——放大——话音输出。
手机通用的接收与发射流程2、信号发射流程： 话音采集——放大——ADC——滤波——语音编码——交织——加密——信道均衡——GMSK调制—— （进入射频部分）IQ调制（IQ调制器）——滤波—— 鉴相鉴频（鉴相鉴频器）——滤波——TX_VCO混频 （混频器Mixer）——功率放大（PA）——双工器—— 天线匹配电路——天线发射。
手机通用的接收与发射流程3、射频电路原理框图：二、射频电路的主要元件及工作原理天线：ANT 声表面滤波器：SAWfilter 低噪声放大器：LNA 功放：PA射频电路的主要元件及工作原理1、天线、匹配网络、射频连接器： • 天线（E600）：作用是将高频电磁波转化为高频信号电流。
射频电路的主要元件及工作原理• 天线匹配网络（L604、C611、C614）：主要是完成主板与 天线之间的功率匹配，以使天线的效率尽可能高。
射频连接器（J600）：又叫同轴连接器或射频开关，作 用主要是为手机的测试提供端口。
其内部是簧片的接触结 构，相当于一个机械开关，通常状态下开关处于闭合状态， 当射频线探头插入射频连接器时，簧片一端将与主板的天线 通路断开，而与射频线探头接触，此时手机与测试仪器之间 就通过射频连接器与射频线进行信号的传输。
《高频电路原理与分析》教案05 频谱的线性搬移电路
第5章 频谱的线性搬移电路分为频谱的线性搬移电路和非线性搬移电路。
线性搬移电路：频谱结构不发生变化，如振幅调制与解调、混频。
非线性搬移电路：频谱结构也发生了变化。
频率调制与解调、相位调制与解调等电路5.1 非线性电路的分析方法有两种分析方法：1、级数展开分析2、线性时变分析5.1.1 非线性函数的级数展开分析法//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////补充：泰勒级数1、定理 （泰勒定理） 正次幂设函数在区域D 内解析，为D 内的一点，)(z f 0z R 为到D 的边界上各点的最短距离，则当时，可展开为幂级数0z R z z <−||0)(z f n n n R z z z f n C z z C z f n n )()(00||)(!100)(−========∑∞=<−=其中 n=0，1,2,… )(z f 在处的泰勒展开式是唯一的。
0z //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////非线性器件的伏安特性，可用下面的非线性函数来表示: i =f (u ) (5-1)式中, u 为加在非线性器件上的电压。
一般情况下, u ＝E Q +u 1+u 2,其中E Q 为静态工作点，u 1和u 2为两个输入电压。
展开成E Q 处的泰勒级数，可得∑∞=+=++++++++=02212122122110)( )()()(n n n n u u a u u a u u a u u a a i LL式中，a n(n =0，1，2，…)为各次方项的系数，由下式确定: )(!1)(!1Q )(QE f n du u f d n a n E u n n n === (5-3) 由于∑=−=+nm m m n m n nu u C u u 02121)( (5-4)式中，为二项式系数，故)!(!/!m n m n C m n −=∑∑=−∞==n m m m n m n n n u u C a i 0210 (5-5)以下分析， u 2=0情况，见p144作用在非线性器件上的两个电压均为余弦信号，即u 1＝U 1cos ω1t ，u 2＝U 2cos ω2t ，利若用式(5-7)和三角函数的积化和差公式)cos(21)cos(1cos cos x y x y x ++−=2y (5-9) 由式(5-5)不难看出，i 中将包含由下列通式表示的无限多个频率组合分量5.1.2 线性时变电路分析法对式(5-1)在 E Q +u 2上对i 用泰勒级数展开，有ωp,q =|±p ω1±q ω2|++=u u E f i 1Q )(L L +++++′′++′++=n n u u E f n u u E f u u E f u E f 12Q )(212Q 12Q 2Q 2)(!1 )(!21)()( 5-11 ―――――――――――――――――――――――――――由于5-5和5-11是等价的。
频谱搬移
i
a0
a1vD
a
2v
2 D
a3v
3 D
vD v0 v V0 cos0t V cosct
当vD很小时，级数可只取前四项
28
第6章 振幅调制、解调与混频 利用三角公式展开，并分类整理，可得
i a0 a1{V0 cos 0 t V cos t}
a2
1 2
V02
1
cos
20 t
V0 V cos0
是使高频振荡的振幅与调制信号成线性关系， 其它参数(频率和相位)不变。 振幅调制的三种方式：
(AM)：普通的调幅； (DSB)：抑制载波的双边带调制； (SSB)：抑制载波的单边带调制。
5
第6章 振幅调制、解调与混频
（一） 调幅波的分析
1、表示式及波形
设载波电压为: uC = UCcosωct 调制电压: uΩ = UΩcosΩt
载波被抑制双边带调幅波
maV0 cost cos0t
波形图
频谱图
信号 带宽
0-
0+
2( ) 2
vo
t
1 2 ma V0m
0-
0+
2( ) 2
单边带信号
ma 2
V0
cos(0
)t
(或
ma 2
V0
cos(0
)t)
1 2 ma V0m
0-
0+
() 2
25
第6章 振幅调制、解调与混频
6.3 振幅调制方法与电路
1 Vo 2 2R
1 22 2
2(W)
PDSB
1 2
ma2
PoT
1 0.32 2
2
通信电子线路-频谱搬移电路(new)
(a)
(b)
图 4-1-3 过调幅失真
图 4-1-2
在实际调幅电路中，由于管子截止，
过调幅的波形变为图 4-1-3(b) 。
调幅信号的波形
(3)频谱 将式(4-1-2)
vO(t) = Vm0 (1 + Ma cos t) cos ct
用三角函数展开
vO(t) V m0cosct MaV m0cos Ωt cosct
4.4 振幅调制与解调电路
第 4 章 振幅调制、解调 与混频电路
4.1 频谱搬移电路的组成模型
4.1.1 振幅调制电路的组成模型 4.1.2 振幅解调和混频电路的组成模型
4.1.1 振幅调制电路的组成模型
一、调幅波的数学表式
设：调制信号
v(t) = V cos t
(1)
载波信号
vc(t) = Vcmcos ct
i a1Vcm cosct a2VcmV [cos(c Ω)t cos(c Ω)t]
a1Vcm cosct 2a2VcmV cosct cos Ωt
a1Vcm (1
2a2V a1
cos Ωt )cosct
(7)
i
a1Vcm(1
2a 2V a1
cos Ωt)cosct
(7)
所以，输出调幅波电流的数学表达式为
在广播电视系统中，由于图像信号频带较宽，为 了节约频带，同时又便于接收机进行检波，所以对 图像信号采用了残留边带调幅方式，而对于伴音信 号则采用了调频方式。现以电视图像信号为例，说 明残留边带调幅方式的调制与解调原理。
例如：电视图像信号带宽为6MHz。
在发射端先产生普通调幅信号，然后利用具有 图4.1.12(a)所示特性的滤波器取出一个完整的上边 带、一部分下边带以及载频分量。
无线通信射频电路技术与设计(文光俊 电子工业出版社)习题答案ch5
5.2解(a)阻抗/导纳类型：0L Z Z jX =-(b)阻抗/导纳类型：2200220L X Z jXZ Z Z X-=+5.5解:要达到最大功率传输，需要匹配网络的输出阻抗Z out 等于负载阻抗Z L 的共轭 即*Z (10020)out L Z j ==-。
匹配网络设计如下：电抗X1与源阻抗串联，电抗X2与负载阻抗并联。
*211221()1Z 11()s out L s s jX Z jX Z Z j X X jX Z jX +===++++ （1） 再把源阻抗和负载阻抗写成：Z R s s s jX =+，Z R L L L jX =+。
把（1）式可改写成：22112R ()R R ()s s L L s s jX X X X jX j X X X -+=-+++ （2） 分离实部和虚部后可得：1221R R ()()0s L L s s X X X X X X X +++++= （3）122R ()R ()0L s s L X X X X X ++-+= （4）解析上述几个公式可得：2s LX =21R (R s sL L X X R =由此可得两种匹配网络：匹配网络1：X1是电感L=0.938nH,X2是电容C=5.21pF;匹配网络2：X1是电容C=2.98pF,X2是电感L=6.02nH ;Matlab 代码如下：ZS = 10+j*25;ZL = 100+j*20;Z0 = 50;F = 960e6;get_matching(ZS,ZL,f,Z0);function[fig_num,network] = get_matching(ZS,ZL,f,Z0_in)global rf_Network;global Z0;Z0 = Z0_in;RL = real(ZL);XL = imag(ZL);RS = real(ZS);XS = imag(ZS);N = 0;X1(1) = (RL*XS+sqrt(RL*RS*(RS^2+XS^2-RL*RS)))/(RS-RL); X1(2) = (RL*XS-sqrt(RL*RS*(RS^2+XS^2-RL*RS)))/(RS-RL); X1(3) = -XL-sqrt(-RL^2+RL*RS+RL/RS*XS^2);X1(4) = -XL+sqrt(-RL^2+RL*RS+RL/RS*XS^2);If(imag(X1(1)) == 0 &imag (X2(1)) == 0)for(m = 1:2)N = N+1;fig_num(N)=Smith_Chart;init_network;Add_stunt_impedance(ZS);fprintf(\nNetwork#%d\n:N);fprintf(‘nource ->’);fprintf(‘shunt’);if(X1(m) >=0 )L1=X1(m)/(2*pi*f);fprintf(‘inductor(&.2eH)->,L1’);Add_shunt_inductor(L1);elseC1=-1/(2*pi*f)/X1(m);fprintf(‘capacitor’(%.2eF)->;C1);Add_shunt_capacitor(C1);end;fprintf(‘series’);if(X2(m)>=0)L2 = X2(m)/(2*pi*t);fprintf(“inductor(%.2eH)->,L2”);Add_series_inductor(L2);ElseC2 = -1/(2*pi*f)/X2(m);fprintf(‘capacitor(%.2eF)->;C2’);Add_series_capacitor(C2);fprintf(‘load\n’);rf_imp_transform(f,fig_num(N));network(N,;,;) = rf_Network;end;end;X1(1) = -XS+sqrt(-RS^2+RL*RS+RS/RL*XL^2);X1(2) = -XS-sqrt(-RS^2+RL*RS+RS/RL*XL^2);X2(1) = (-RS*XL+sqrt(RL*RS*(RL^2+XL^2-RL*RS)))/(RS-RL); X2(2) = (-RS*XL-sqrt(RL*RS*(RL^2+XL^2-RL*RS)))/(RS-RL); If(imag(X1(1)) == 0 &imag (X2(1)) == 0)for(m = 1:2)N = N+1;fig_num(N)=Smith_Chart;init_network;Add_stunt_impedance(ZS);fprintf(\nNetwork#%d\n:N);fprintf(‘nource ->’);fprintf(‘shunt’);if(X1(m) >=0 )L1=X1(m)/(2*pi*f);fprintf(‘inductor(&.2eH)->,L1’);Add_shunt_inductor(L1);elseC1=-1/(2*pi*f)/X1(m);fprintf(‘capacitor’(%.2eF)->;C1);Add_shunt_capacitor(C1);end;fprintf(‘series’);if(X2(m)>=0)L2 = X2(m)/(2*pi*t);fprintf(“inductor(%.2eH)->,L2”);Add_series_inductor(L2);ElseC2 = -1/(2*pi*f)/X2(m);fprintf(‘capacitor(%.2eF)->;C2’);Add_series_capacitor(C2);end;fprintf(‘load\n’);rf_imp_transform(f,fig_num(N));network(N,;,;) = rf_Network;end;5.11解:按照P150页的公式G =0.4L , 2t tan tan(*)18d πλβλ===, 202011G *20.04L t Y t Z +>==与公式（5.60）矛盾 5.14解:5.17解: 归一化负载阻抗：0z 0.50.6L L Z j Z ==-；2*54d d πβλ︒== 在Smith 原图上找到z L 点，继而得到00.48180︒Γ=∠-；以2倍电长度顺时针旋转0Γ，得到()d in Γ，此点亦可确定归一化输入阻抗z ()0.380.28in d j =+或者()1914in Z d j =+；亦可得到此处对应的SWR 是2.95.18解：信号源与负载之间实现最大功率传输的条件是信号源阻抗与负载阻抗共轭相等；匹配网络的输出阻抗为50M Z =，3015T Z j =+.(1)L 型匹配：阻抗M Z 的值等于T Z 先与电容C 并联再与电感L 串联，1150M L T CZ jX Z jB -=+=+ （1） 其中C B C ω=，L X L ω=；将公式（1）分别简化为实部和虚部两个公式解析出C 与L 的值。
频谱的线性搬移电路
研究意义
频谱的线性搬移电路在通信、雷达、电子对抗等领域 具有广泛的应用价值。对频谱的线性搬移电路的研究 有助于深入理解信号处理和传输的基本原理，推动相 关领域的技术进步和创新。同时，频谱的线性搬移电 路的研究也有助于培养高水平的专业人才，为国家的 科技发展和社会进步做出贡献。
在音频处理中的应用
均衡器
音频处理中的均衡器利用频谱的线性搬移电路，对音频信号的特定频段进行提升或衰减， 以调整音频的音色和音量。
滤波器
音频滤波器用于滤除信号中的噪声或干扰，频谱的线性搬移电路可以将特定频段的信号进 行搬移或抑制。
效果器
在音乐制作和演出中，效果器用于给音频信号添加各种效果，如延时、混响等，频谱的线 性搬移电路用于实现各种音效处理。
02
频谱的线性搬移可以通过调频 （FM）和调相（PM）等方式实现。
频谱的线性搬移电路的重要性
在通信系统中，频谱的线性搬移电路 是实现信号传输的关键环节之一。
频谱的线性搬移电路的设计和实现对 于通信系统的性能和稳定性具有重要 意义。
通过频谱的线性搬移，可以将信号从低频段 搬移到高频段，或者将信号从高频段搬移到 低频段，从而实现信号在不同频段的传输和 接收。
软件实现方式
算法实现
通过编写算法在通用计算机上实现频谱的线性搬移，具有灵活性，但处理速度相 对较慢，且对计算机性能要求较高。
云计算平台
利用云计算平台的强大计算能力实现频谱搬移，可实现大规模并行处理，但需要 网络连接和数据传输。
频谱的线性搬移电路
04
的性能优化
提高频率响应
采用高性能的电子元件
选用具有低失真、低噪声、高稳定性的电子元件，如高品质 的电阻、电容、电感等，以减小电路中的非线性失真，提高 频率响应的准确性。
频谱的线性搬移电路PPT课件
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未来研究方向与挑战
针对频谱线性搬移电路中的关键 技术问题，如线性度、动态范围 和稳定性等，需要深入研究并寻
求突破。
探索新型的频谱线性搬移电路结 构和设计方法，以满足不断增长 的性能需求和多样化的应用场景。
解决频谱线性搬移电路在高温、 高湿、高震等恶劣环境下的稳定 性和可靠性问题，提高其环境适
应性。
02
频谱线性搬移电路的实现方式
模拟实现方式
01
02
03
模拟信号处理
通过模拟电子器件（如运 算放大器、滤波器等）对 信号进行线性变换，实现 频谱的搬移。
优点
实时性好、处理速度快、 精度高。
缺点
对器件参数敏感，容易受 到环境温度和电源电压的 影响，稳定性较差。
数字实现方式
数字信号处理
通过数字信号处理器（DSP）或 现场可编程门阵列（FPGA）等数
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
定义与工作原理
定义
频谱线性搬移电路是一种能够将 输入信号的频谱进行线性搬移的 电路，即将信号的频率按照一定 的比例进行上变频或下变频。
工作原理
频谱线性搬移电路通过改变信号 的频率，使其与系统的固有频率 相匹配，从而实现信号的传输、 处理或控制。
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW ERA
频谱的线性搬移电路ppt课
件
• 频谱线性搬移电路概述 • 频谱线性搬移电路的实现方式 • 频谱线性搬移电路的性能指标 • 频谱线性搬移电路的设计与优化 • 频谱线性搬移电路的发展趋势与展望
目录
CONTENTS
01
(非线性电子线路)4.1频谱搬移电路的组成模型
调制器的种类很多，常见的有调频调制器、调相调 制器和调幅调制器等。
03
调制器的线性范围和调制灵敏度对频谱搬移电路的 性能有很大影响。
解调器
01
解调器是频谱搬移电路中的另一重要组成部分，它能
够将调制后的高频信号还原为低频信号。
02
解调器的种类与调制器相对应，常见的有调频解调器
、调相解调器和调幅解调器等。
模拟实现方式
01
02
03
模拟频谱搬移电路通常 使用模拟电子元件来实 现信号的调制和解调过
程。
模拟电路具有较低的成 本和较高的可靠性，适 用于对实时性要求较高
的应用场景。
模拟电路的缺点是精度 和稳定性相对较低，容 易受到温度和环境因素
的影响。
数字实现方式
1
数字频谱搬移电路通过数字信号处理技术实现信 号的调制和解调。
滤波器的工作原理
滤波器在频谱搬移电路中的作用是提取或抑制特定频率 范围的信号。
滤波器通过电抗元件的组合，实现对输入信号中特定频 率分量的选择性和抑制性。
根据工作原理，滤波器可分为RC滤波器、LC滤波器和 晶体滤波器等。
滤波器的性能指标包括通带带宽、截止频率、插入损耗 和阻带抑制等。
04
频谱搬移电路的实现方式
调制器的工作原理
调制器的作用是将低频信号搬 移到高频载波上，实现信号的Fra bibliotek频谱搬移。
调制器利用非线性元件实现信号 的调制过程，常见的调制方式有
调频（FM）和调相（PM）。
在调频调制中，调制器通过改 变高频载波的频率来携带低频 信息；在调相调制中，调制器 通过改变高频载波的相位来携 带低频信息。
调制器的性能指标包括调制灵 敏度、线性范围和动态范围等 。
大学物理大学-射频电路第11讲传输线谐振器
有耗开路传输线的输入导纳为
Yin
Y0
tanh(
j )l
Y0
tanh l
1 j tan
j tan l l tanhl
采用与前面相同的方法，可以证明，半波长 开路传输线谐振器在谐振频率附近可以等效
为一并联RLC谐振电路，且
G
l
/
Z0，C
n 20 Z0
，L
1
02C
0
n vp
l
l n g
2
Q 0C n G 2l 2
02 L
0
(2n
1) vp
2l
l (2n 1) g
4
Q 0L (2n 1) 4
R
4l 4g 2
Research Institute of Antennas & RF Techniques
11.3 矩形谐振腔
矩形腔是由两端封闭的一段矩形波导组成， 是两端短路的传输线谐振器。
矩形腔的分析可以采用上节的分析方法，也 可以采用场分析法。
串联谐振电路
South China University of Technology
串联RLC谐振电路的输入阻抗为
Zin
R
jL
j
1
C
R
jX
复数功率为
Pin
1 VI * 2
1 2
Zin
I
2
2
1 2
Zin
V Zin
1 I 2 (R jL j 1 )
2
C
PL 2 j(Wm We )
串联RLC电路
0 0
复频率法的基础
Research Institute of Antennas & RF Techniques
第11章频谱搬移电路无线通信射频电路技术与设计文光
使用FET放大器的倍频器电路
将id 作傅立叶级数展开，可得到希望频率no 分量的表达式：
in
I max
4 T
cosn T 1 2 T 2
cos not
21
§11.3 射频倍频器
ห้องสมุดไป่ตู้
要达到最大的效率In需 I要max使4TIm1caox sI2nn达到TT2最大，In为in 的最大值：
在谐振电路选出了想要的分量 no后，负载的输出功率是：
iIF
4
VRF 2RL RD
cosIFt
在本振信号两个不同的半周期内，感应到射频线圈上的两部
分电流方向相反，所以总感应电流 iS为：
iS
iD1 iD2
iD3 iD4
2vRF 2RL RD
14
§11.2 射频混频器
11.2.8 吉尔伯特双平衡混频器 吉尔伯特双平衡混频器其电路结构可 以看作由多个差分输入放大器组成。
§11.2 射频混频器
同理在 Q5 、Q6组成的对管中： 所以最后总的输出电流为：
i5
i6
I0
tanh
u1 2U T
io
I0
tanh
u1 2U T
tanh
u2 2U T
采用双平衡有源结构的吉尔伯特混频器，提高了各个端口间 的隔离性能。与单平衡混频器相比，双平衡结构抑制了本振信号 对中频端口的泄漏。因为在双平衡结构中，输出电流是两个差分 对电流以相反相位的叠加，抵消了本振信号向中频端的泄漏。吉 尔伯特混频器的另一个优点是线性范围大。
t
同理当下变频时，输出信号为：
vIF KvRF vLO K cosRFt cosIFt
K 2
cos LO
频谱搬移
信号，同时保持调制类型、调制参数不变，即保持原调
制规律、频谱结构不变。完成这种功能的电路称为混频
器（Mixer）或变频器（Convertor）。
超外差式接收机通常满足满足下列关系之一
fI fc fL
或
fI
fc fL
f L ,当fc fc ,当fc
f
时
L
f
时
L
其中 fL 为本机振荡（简称本振）频率。
4.1.1
（3）相移滤波法 结合两种方法的优缺点而提出的相移滤波法是一种比
较可行的方法, 其原理图见图4.1.12。为简化起见, 图 4.1.12中各信号的振幅均表示为1。
图4.1.12 相移滤波法
4.1.1
四、残留边带调幅方式（VSB）
残留边带调幅是指发送信号中包括一个完整边带、 载波及另一个边带的小部分（即残留一小部分)。
AM
(t)
Vcm
cos ct
M aVcm 2
cos(c
)t
cos(c
)t
可见, 单频信号调制的AM波，有一对边频，对称分布在
c 两边，振幅均为
1 2 M aVcm
如图所示。
（4）频谱宽度：
AM信号频谱动画
BWAM
2F, F
2
结论：将 (t) 的频谱搬移到了载频的左右两边，形成了
上、下边频。
4.1.1
)t
由上式可见，单频率调制的单边带调幅信号是一个
角频率为 c （或c ）的单频正弦波信号，如图
4.1.8所示。
图4.1.8 单频调制时单边带信号的波形图与频谱图 SSB波形动画
4.1.1
一般的单边带调幅信号波形比较复杂。不 过有一点是相同的，即单边带调幅信号的包 络已不能反映调制信号的变化。单边带调幅 信号的带宽与调制信号带宽相同，是普通调 幅和双边带调幅信号带宽的一半，即
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此电流再经过滤波器的选频就得到了IF信号：
iIF ?t ?? ? KVRFVLO sin ? IFt
12
§11.2 射频混频器
11.2.6 单平衡有源混频器
单平衡有源混频器的一种结构是使用差分输入的本振LO信号 源驱动两个BJT晶体管，并使两个晶体管分别工作在开态；再 用另一线性放大晶体管对射频RF信号进行放大，其结构如图所 示。
11.2.9 混频器设计举例 例题：设计双平衡二极管混频器，并通过ADS软件对设计进行 优化，要求达到的指标：RF信号工作中心频率920MHz，工作频 段902-928MHz，功率为-40dBm；LO信号工作中心频1170MHz, 工作频段1152-1178MHz ，功率为-4dBm；变频损耗小于5dB；噪 声系数小于10dBv；3阶截断点对应的输入功率大于-15dBm；隔 离度大于30dBm。
单平衡二极管混频器
频
射频混频器
单平衡有源混频器 双平衡二极管混频器
谱 搬 移
吉尔伯特双平衡混频器 混频器设ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ举例
电
非线性电抗器件倍频器
路
射频倍频器
非线性电阻器件倍频器
有源倍频器
射频分频器
参量式二分频器 再生式分频器 数字式分频器 注入锁相振荡器式分频器
3
§11.1 频谱搬移原理及分析方法
一般可以使用两种不同的分析方法对频谱搬移电路进行分 析——非线性分析法和时变电路分析法。 1. 非线性分析法
整个电路的差分输出电流：
io ? ?i1 ? i3 ?? ?i2 ? i4 ?? ?i1 ? i2 ?? ?i3 ? i4 ?
由于在 Q1、Q2 及Q3 、Q4 组成的对管中：
i1
?
i2
?
i5
tanh
? ? ?
u2 2U
T
? ? ?
i3
?
i4
?
i6
tanh
? ? ?
u2 2U
T
? ? ?
所以有：
io
了解：产生高本振频率的倍频器电路的原理和结构。 熟悉：用于产生特定频率的分频器的电路原理和结构。
1
本章目录
?第一节 频谱搬移原理及分析方法 ?第二节 射频混频器 ?第三节 射频倍频器 ?第四节 射频分频器
2
知识结构
频谱搬移原理及分析方法
混频器的特性 抑制混频干扰和失真的方法
单端二极管混频器
单端FET混频器
工作在频率? LO，中频信号vIF工作在频率 ? IF，射频信号vRF工作
在频率? RF ，则当上变频时，输出信号为：
vRF ? KvLOvIF ? K cos? LOt cos ? IFt
?
K 2
??cos ?? LO
? ? IF ?t
?
cos ?? LO
?
? IF ?t ??
同理当下变频时，输出信号为：
设u1为输入信号，u2 为控制信号，则输出为：
i ? f ?u ?? a0 ? a1 ?u1 ? u2 ?? a2 ?u1 ? ? u2 2 ? ???? an ?u1 ? u2 ?n ? ???
设 u1 ? A1 cos ? 1t ，u2 ? A2 cos? 2t 则： ??
? ? i ?
Cp,q cos( p? 1 ? q? 2 )t
解：首先确定基本电路，并使用ADS软件仿真，原理图如下：
双平衡二极管混频器ADS仿真电路
18
§11.2 射频混频器
其中1端口是射频输入，2端口是本振输入，3端口是中频输出。 需要注意的是为了提高隔离度将把变压器初级的匝数比设置 为 1:1.1 。测量各端口的输入阻抗及反射系数，如下图所示：
匹配前各端口反射系数
单端FET混频器在RF和IF端口
共轭匹配的情况下，具有最大的
混频增益：
Gc
?
g12 Rd
4?
C 2 2
RF gs
Ri
单端FET混频器电路
其中是Cgs 栅极－源极电容，Rd 是输出电阻，Ri 是输入电阻。
10
§11.2 射频混频器
11.2.5 单平衡二极管混频器 单平衡二极管混频器的优点在于可以使RF信号的输入匹配， DC分量在IF端被抵消。如图所示，该电路使用了一个90 混合网 络把两个单端口网络连接在一起。
输出i 中只含有两种频率分量：? ? n? 2 ，? ? n? 2 ? ? 1 。
即时变电路的分析方法产生的频率与级数展开分析法产生的 频率相比较，有部分频率分量在u1 足够小的假设下忽略掉了，这 在工程上是允许的。
5
§11.2 射频混频器
11.2.1 混频器的特性
1. 频谱特性
混频器工作时分为上变频和下变频两种，假设有本振信号vLO
9
§11.2 射频混频器
11.2.4 单端FET混频器
单端FET混频器的原理就是利用加在栅极上的LO信号驱动FET
晶体管的跨导在高低间转换，提供所需要的频率。常用的电路
结构如图所示，与单端二极管混频器一样，RF和LO信号首先输
入到同相双工器中合成，再输入到FET晶体管的栅极上。漏极的
LO电容用于提供LO信号的返回支路，而滤波器用于选择出所需 要的IF频率分量。
T
? ? ?
采用双平衡有源结构的吉尔伯特混频器，提高了各个端口间 的隔离性能。与单平衡混频器相比，双平衡结构抑制了本振信号 对中频端口的泄漏。因为在双平衡结构中，输出电流是两个差分 对电流以相反相位的叠加，抵消了本振信号向中频端的泄漏。吉 尔伯特混频器的另一个优点是线性范围大。
17
§11.2 射频混频器
函数，则电路的时变系数可化为： I0 (t) ? I00 ? I01 cos ? 2t ? I02 cos 2? 2t ? ???? I0n cos n? 2t ? ???
g(t) ? g0 ? g1 cos ? 2t ? g2 cos 2? 2t ? ???? gn cos n? 2t ? ???
在添加了匹配网络后，各个端口的反射系数得到较大的改善。 然后通过测量得到当RF信号的功率为-40dBm，LO信号的功率为4dBm时，变频损耗为3.15dB，噪声系数为10.015dB，三阶截断 点对应的输入功率为-15.763dBm，LO端口与RF端口和IF端口之 间的隔离度分别为108.664dBm和104.708dBm。可以看出该混频 器基本满足设计要求。
? ? ? ? ? ? io ?
iD1 ? iD2
?
iD3 ? iD4
? 2vRF 2RL ? RD
S1 (? LOt) ? S1 (? LOt ? ? )
因为 S2 (? LOt) ? S1(? LOt) ? S1(? LOt ? ? ) 所以输出电流还可以表示为：
io
?
2vRF 2RL ? RD
? vLO ? vRF ? (iD2 ? iD1 )RL ? iD1 RD ? 0
求解得：
iD1
?
iD2
?
2vRF 2RL ? RD
S1 (? LOt)
iD3
?
iD4
?
? 2vRF 2RL ? RD
S1 (? LOt
?
?)
双平衡二极管混频器电路
14
§11.2 射频混频器
所以整个周期内IF电流的输出为：
小信号近似公式得到二极管的
输出电流为：
i
?
Io
?
Gd
?vRF
?
vLO ??
? Gd?
2
vRF
?
vLO
?2
?
???
单端二极管混频器电路
前两项是无用项，通过电路后只输出第三项，而这一项又包含 多 路 即个后得频都到率被了分阻IF分量 断量，。，其最实中终现得? IF了到?混的? R频输F ?。出? L为O是：有用iIF信? G号2d?V，RF其VLO它co项s?通IFt 过电
GP
?
PIF PRF
单边带噪声输入对应于非零中频的情况，定义为：
FSSB
?
Si No So Ni
?
Lc
4 AV 2
? ?2 ?
?
Nadd kT0 B
? ? ?
双边带噪声输入对应于零中频的情况，定义为：
FDSB
?
Si No So Ni
?
4 Lc K 2
? ?1
?
?
Nadd kT0 B
? ? ?
7
§11.2 射频混频器
?
?i5
?
i6
?tanh
? ? ?
u2 2U T
? ? ?
16
双平衡BJT混频器电路
§11.2 射频混频器
同理在 Q5 、Q6组成的对管中： 所以最后总的输出电流为：
i5
?
i6
?
I0
? tanh ?
u1
? 2UT
? ? ?
io
?
I0
tanh
? ? ?
u1 2U
T
? ? ?
tanh
? ? ?
u2 2U
19
§11.3 射频倍频器
11.3.1 非线性电抗器件倍频器 常见的非线性电抗器件倍频器的电路框图如图所示，通常采
(2) 采用平衡电路结构：利用相互抵销原理，抑制高阶奇次项，从 而抑制交调频率的产生。
(3) 采用线性时变工作状态：减少部分寄生频率分量。
8
§11.2 射频混频器
11.2.3 单端二极管混频器
常见的单端二极管混频器的结构如图所示：
该电路的工作原理是：假设
输入信号为vRF ? VRF cos ? RFt 和 vLO ? VLO cos ? LOt ，根据二极管的