射频电路的无源元件及其等效电路
射频电路中无源器件特性
无源器件特性1.高频电阻低频电子学中最普通的电路元件就是电阻，它的作用是通过将一些电能装化成热能来达到电压降低的目的。
电阻的高频等效电路如图所示，其中两个电感L模拟电阻两端的引线的寄生电感，同时还必须根据实际引线的结构考虑电容效应；用电容C模拟电荷分离效应。
电阻等效电路表示法根据电阻的等效电路图，可以方便的计算出整个电阻的阻抗：下图描绘了电阻的阻抗绝对值与频率的关系，正像看到的那样，低频时电阻的阻抗是R，然而当频率升高并超过一定值时，寄生电容的影响成为主要的，它引起电阻阻抗的下降。
当频率继续升高时，由于引线电感的影响，总的阻抗上升，引线电感在很高的频率下代表一个开路线或无限大阻抗。
一个典型的1KΩ电阻阻抗绝对值与频率的关系2.高频电容片状电容在射频电路中的应用十分广泛，它可以用于滤波器调频、匹配网络、晶体管的偏置等很多电路中，因此很有必要了解它们的高频特性。
电容的高频等效电路如图所示，其中L为引线的寄生电感；描述引线导体损耗用一个串联的等效电阻R1；描述介质损耗用一个并联的电阻R2。
电容等效电路表示法同样可以得到一个典型的电容器的阻抗绝对值与频率的关系。
如下图所示，由于存在介质损耗和有限长的引线，电容显示出与电阻同样的谐振特性。
一个典型的1pF电容阻抗绝对值与频率的关系3.高频电感电感的应用相对于电阻和电容来说较少，它主要用于晶体管的偏置网络或滤波器中。
电感通常由导线在圆导体柱上绕制而成，因此电感除了考虑本身的感性特征，还需要考虑导线的电阻以及相邻线圈之间的分布电容。
电感的等效电路模型如下图所示，寄生旁路电容C 和串联电阻R分别由分布电容和电阻带来的综合效应。
高频电感的等效电路与电阻和电容相同，电感的高频特性同样与理想电感的预期特性不同，如下图所示：首先，当频率接近谐振点时，高频电感的阻抗迅速提高；第二，当频率继续提高时，寄生电容C的影响成为主要的，线圈阻抗逐渐降低。
电感阻抗绝对值与频率的关系总之，在高频电路中，导线连同基本的电阻、电容和电感这些基本的无源器件的性能明显与理想元件特征不同。
射频天线的等效电路
射频天线的等效电路
射频天线的等效电路是指将射频天线系统中的各个部分用一组等效的电路元件来表示，以便于分析、设计和优化天线性能。
射频天线的等效电路主要包括以下几个部分：
1. 辐射电阻（Rrad）：辐射电阻表示天线辐射能量的能力，它与天线的长度、形状和材质等因素有关。
2. 串联谐振电路（L和C）：天线系统中通常存在多个谐振电路，它们影响着天线的频率响应和匹配性能。
串联谐振电路由电感（L）和电容（C）组成，它们共同决定了谐振频率。
3. 并联谐振电路（L和C）：并联谐振电路同样由电感（L）和电容（C）组成，但它们的影响因素和串联谐振电路相反。
并联谐振电路主要影响天线的带宽和阻抗匹配。
4. 输入阻抗（Zin）：输入阻抗表示天线系统对输入信号的阻抗匹配程度。
它受到天线结构、馈线长度和材质等因素的影响。
5. 输出阻抗（Zout）：输出阻抗表示天线系统对外部负载的阻抗匹配程度。
一般情况下，天线系统希望输出阻抗越低，匹配性能越好。
6. 反射系数（S11和S21）：反射系数表示天线系统对输入信号的反射程度。
通过测量反射系数，可以了解天线系统的匹配性能和性能优劣。
在实际应用中，射频天线的等效电路可以通过计算机辅助设计（CAD）软件（如
Ansys HFSS、CST等）进行仿真和优化，以达到设计要求。
通过等效电路法，设计师可以更方便地分析和调整天线系统的性能，缩短设计周期，降低设计成本。
微波电子线路第三章 无源器件介绍
图5.24 三节微带分支线耦合器
180º 混合环
混合接头是一种四端口网络，它的两个输出端口之 间具有180º 相移，也可以运行在输出同相位状态。加到1端 口的信号，将被均等地在端口2和3剖分为两个同相分量， 端口4降为隔离端口。如输入信号从4端口送入，它将被等 分为两根具有180º 相位差的分量在端口2和3输出，端口1为 隔离端口。当用作功率合成时，将输入信号加在端口2和3， 在端口1形成输入信号之和，在端口4形成它们之差。因此 端口1和4对应地称为和、差端口。
0 j 1 0 j 0 0 1 1 S 2 1 0 0 j 0 1 j 0
分支线电桥
1到4端口由顺时针和逆时针两条传输 路线，路程差为λ/2，各段传输线的特 性阻抗，使两路信号的幅度相等，则可 以相互抵消，4端口无输出（隔离端）。 到达3端口的两路路程相等，为耦合端， 设置各段传输线阻抗，可调节耦合度
滤波器的主要指标
3、带宽 对于带通滤波器不同的衰减量对应于不同的带宽， 常用的有3 dB带宽，其定义为通带内幅度衰减为3 dB 的上下边带之差,60 dB带宽定义为通带内幅度衰减为 60 dB的上下边带之差：
BW3dB f U3dB f L3dB
BW60dB f U60dB f L60dB
射频微波电路中分布式电感电容的作用 缝隙电容可用于耦合（传输射频信号）和 隔直（隔离直流信号）
电阻电感电容
射频微波电路中分布式电感电容的作用 去耦和旁路
滤波器的主要指标
1、通带插入损耗： 理想的滤波器不应对通带内的信号引入损耗，然而实际的电路 中总是会引入一定的功率损耗，称为插入损耗。其定义为信号源 输入功率与负载得到的功率之比：
射频电容等效电路
射频电容等效电路射频电容是电子电路中常用的元件之一，它在射频电路中起到了重要的作用。
本文将介绍射频电容的等效电路模型以及其在射频电路中的应用。
一、射频电容的等效电路模型射频电容的等效电路模型主要包括电容的等效串联电阻和等效并联电阻。
等效串联电阻主要是由电容器内部材料的电阻引起的，这部分电阻对交流信号产生了阻碍作用。
等效并联电阻主要是由电容器的引线电阻、接触电阻和电容板等因素引起的。
在射频电路中，等效并联电阻对信号的耦合和衰减起到了重要的作用。
二、射频电容的应用1. 射频滤波器：射频电容常被用于射频滤波器中，用于滤除特定频率范围内的噪声和干扰信号，从而保证射频电路的正常工作。
2. 射频耦合：射频电容可以用于射频电路中的耦合电容，将信号从一个电路传递到另一个电路，实现不同电路之间的能量传递和信号传输。
3. 射频匹配：射频电容常被用于射频匹配网络中，通过调整电容值来实现射频电路的阻抗匹配，提高信号传输的效率。
4. 射频放大器：射频电容可以用于射频放大器中，作为耦合电容和旁路电容，对射频信号进行放大和传输。
5. 射频天线：射频电容常被用于射频天线中，用于调整天线的阻抗匹配，提高信号传输的效率。
三、射频电容的选取和使用注意事项1. 高频特性：射频电容在高频范围内的特性非常重要，包括电容值、损耗因子、Q值等。
在选取射频电容时，需要考虑其高频特性，确保其在射频电路中正常工作。
2. 封装和尺寸：射频电容的封装和尺寸也是需要考虑的因素。
不同尺寸的射频电容适用于不同的射频电路，需要根据实际需求选取合适的尺寸。
3. 温度特性：射频电容的温度特性也需要考虑。
在高温环境下，射频电容的性能可能发生变化，因此需要选择能够适应高温环境的射频电容。
4. 阻抗匹配：在射频电路中，射频电容的阻抗匹配非常重要。
需要根据实际需求选择合适的射频电容进行阻抗匹配，以确保信号传输的效率和质量。
射频电容是射频电路中不可或缺的元件之一，它具有重要的作用。
射频集成电路设计基础(复习2)
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– RLC 并联谐振电路 1 附近，即 1 1 , 在谐振频率 ω = ----------电路导纳为 Y = -- + j ω C + --------0 R jωL LC ω = ω 0 + ∆ω 处， j j 1 ------1 ------1 Y ( ω ) = --+ ( ω 2 LC – 1 ) = --+ ( 2 ∆ωω 0 + ∆ω 2 ) LC ≈ -- + j 2 C ∆ω R ωL R ωL R
d V(z) dz d jωC ⋅ V(z) = – I(z) dz jωL ⋅ I(z) = –
d V ( z ) + ω 2 LCV ( z ) = 0 dz2 d 2V(z) = 0 V ( z ) β + dz2
2
2
β 2 = ω 2 LC
毫不奇怪，我们得到的仍然是波动方程 V ( z ) = Ae –j β z + Be j β z β I ( z ) = ------- [ Ae –j β z – Be j β z ] ωL V(z) 所含的两项分别为入射波和反射波， A 和 B 是它们在 z=0 时的值，而
µ --- -- ln D π a πε --------------------ln ( D ⁄ a )
µ- b ----- ln -2 π a 2 πε ------------------ln ( b ⁄ a )
µ h -----w ε w -----h
(最新整理)射频电路的主要元件及工作原理
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射频电路的主要元件及工作原理
• MT6129系列采用非常低中频结构（与零中频相比，能够改 善阻塞抑制、AM抑制、邻道选择性，不需DC偏移校正，对 SAW FILTER共模平衡的要求降低），采用镜像抑制（35dB 抑制比）混频滤波下变频到IF，第1中频频率为：GSM 200KHZ，DCS/PCS 100KHZ。第1IF信号通过镜像抑制滤 波器和PGA（每步2dB共78dB动态范围）进行滤波放大，经 第2混频器下变频到基带IQ信号，频率为67.708KHz。
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手机通用的接收与发射流程
3、射频电路原理框图：
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天线：ANT 声表面滤波器：SAWfilter 低噪声放大器：LNA 功放：PA
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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。
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• 3）、频率合成器（Frequency Synthesizer）： • 将一个或多个基准频率信号变换为另一个或多个所需频率信
号的技术称为频率合成，或频率综合技术。移动电话通常使 用的是带锁相环的频率合成器，原理框图见下：
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• 低通滤波器滤掉鉴相器输出的高频成分，以防止高频谐波对 VCO 电路的影响。在鉴相器中，参考信号与VCO 分频后的 信号进行比较。
• VCO 是一个电压一频率转换装置，它将电压的变化(鉴相器 输出电压的变化)转化为频率的变化。VCO 输出的信号通常 是一路到其他功能电路；另一路回到分频器作取样信号
13 无源元件的射频特性.
图1.3.9 二端陶瓷元件的等效电路
图1.3.10 二端陶瓷元件等效阻抗的频率特性
3．三端陶瓷元件 三端陶瓷元件的结构与符号如图1.3.11所示，由两片 陶瓷片A和B用导电胶粘合起来，由粘合面引出的端子 作为公共端，而由另两面引出的端子分别作为输入端 和输出端， 输入信号u加在A片上，它将电能转换成机械能，并产 生机械振动。机械振动通过粘合面传到B片上，又将机 械能转换成电能，输出给外接负载RL。同样，当信号 频率与陶瓷片固有的机械振动频率相等时，形成共振。 共振状态可形成强的电流，提供最大的电流到外部电 路。在共振的条件下，输出和输入信号间可能是同相 位，也可能有180°的相位差，与A、B陶瓷片的粘合 面有关。
石英晶体谐振器的等效电路如图1.3.7（a）所示，石英 晶体谐振器的符号如图1.3.7（b）所示。 图中，Lq为动态电感（等效电感）；Cq为动态电容；rq 为动态电阻；C0为晶片与金属极板构成的静态电容。
图1.3.7 石பைடு நூலகம்晶体谐振器的等效电路和符号
石英晶体谐振器的等效电感Lq非常大，而Cq和rq都非常 小，所以石英晶体谐振器具有非常高的Q值，其Q值为
1 j C0 1 j C0
Lq (1 1/ 2 Lq Cq )
Cq C0 Lq 1 1/ Lq Cq C0 2 s2 p 1 2 1 2
（1.3.5）
图1.3.8 石英晶体谐振器的阻抗特性
1.3.5 压电陶瓷元件的射频特性
采用压电陶瓷材料（如铁钛酸铅）构成的压电陶瓷元 件有压电陶瓷谐振器、压电陶瓷滤波器等。它们在射 频电路的振荡槽路、选频网络、滤波等电路中应用， 具有频率稳定性好，选频特性尖锐和调试简单等优点。 通常将压电陶瓷材料做成片状，在其两面涂以银层， 作为电极，构成压电陶瓷元件。 1．压电陶瓷元件的压电效应 压电陶瓷材料具有压电效应，即能将机械的作用力转 换成电效应，也能将电的作用转换成机械效应。
无源元件在射频领域中的应用研究
无源元件在射频领域中的应用研究一、引言射频（Radio frequency）是指在无线电通信、雷达探测、无线电测量等方面，使用的频率范围通常在300kHz至300GHz之间的电磁波。
在这个频率范围内，无源元件是射频电路设计中必不可少的组成部分之一。
无源元件是指电子元件中没有能源输入的部分，比如电阻器、电容器和电感器等。
在射频电路中，无源元件用于传输信号、滤波、匹配网络等。
二、射频电路中的无源元件1. 电容器电容器是一种被动组件，其特点是能够在两个不同的电极之间存储电荷。
在射频电路中，电容器被用于模拟电场，并且不会吸收信号能量。
电容器被广泛应用于射频振荡器、滤波器和耦合器等电路中。
2. 电感器电感器是一种用于存储磁场能量的被动元件，其特性是阻止电流急剧变化。
在射频电路中，电感器被用于模拟磁场，并且不会吸收信号能量。
电感器被广泛应用于射频振荡器、滤波器和耦合器等电路中。
3. 电阻器电阻器是一种用于限制电流流动的被动元件，其特性是将电流转化为热。
在射频电路中，电阻器被用于减少噪声，同时还可以控制信号幅度。
电阻器被广泛应用于射频放大器和放大器的反馈回路中。
4. 晶体二极管晶体二极管也是一种被动元件，它具有开关特性。
在射频电路中，晶体二极管被用于切换信号，在数字电路、频率倍增器、射频开关和检波器等领域广泛应用。
5. 传输线传输线是一种传输电磁波的被动元件，包括同轴电缆、微带线、矩形波导和同轴/同心波导等。
在射频电路中，传输线被用于匹配网络、传输信号和分配功率等方面，并且被广泛应用于射频滤波器、放大器和混频器等电路中。
三、无源元件在射频电路中的应用1. 隔直电容器在射频电路中，通常需要将直流分量从信号中滤除，以免对下一级电路产生干扰。
隔直电容器就是用于滤除直流分量的被动元件，其作用类似于高通滤波器。
2. 频率选择电路频率选择电路是指通过滤波技术选择所需频率的电路。
其中，LC滤波器和谐振器是最常见的频率选择电路。
射频无源器件课件
Γ = 1, ρ = ∞, K = 0
可使用计算软件： 可使用计算软件
F:\cjq\u\Rf Tools\常用反射转换计算
1.08
Confidential Information
0.00
传输功率为 传输功率 :
1 P( z) = Re U( z) I ∗ ( z) 2
{
}
U ( z) 2 2 1 i ∗ = Re 1 − Γ ( z) + Γ ( z) − Γ ( z) 2 Z0
R=50*（3.16-1）/（3.16＋1）=26欧姆 R1=50* （2*3.16）/(3.162-1) ＝35欧姆
Confidential Information
Sep 2010
衰减器计算软件： 衰减器计算软件：
F:\cjq\u\rf tools2\衰减网络计算.
Confidential Information
回波损耗RL 0.00 0.92 0.94 3.10 4.44 6.02 7.96 10.46 13.98 20.00 20.92 21.94 23.10 24.44 26.02 27.96 30.46 33.98 40.00 ∞
驻波比SWR ∞ 19.00 9.00 5.67 4.00 3.00 2.33 1.86 1.50 1.22 1.20 1.17 1.15 1.13 1.11 1.06 1.04 1.02 1.00
Z in ( z ) =
U ( z) I ( z)
对给定的传输线和负载阻抗，线上各点的输入阻抗随至终端的距离l的不同而作周期(周期为)变化，且在一些特 殊点上，有如下简单阻抗关系：
Z in (l ) = Z L Z in (l ) = Z0 ZL
射频电路的无源元件及其等效电路
Apr. 18. 2010Apr. 18. 2010 Apr. 18. 2010Apr. 18. 2010 Apr. 18. 2010Apr. 18. 2010Apr. 18. 2010Apr. 18. 2010Apr. 18. 2010Apr. 18. 2010Apr. 18. 2010电阻器的射频等效电路不仅呈现出单纯的电阻 R ，还具有两端引线的引线电感L 以及模拟电荷分离效应的电容C a 和跨接两端引线之间的电容C bApr. 18. 2010From SEIEE SJTU金属膜电阻器的阻抗绝对值与频率之间的关系在低频时，电阻器的阻抗是R ，随着频率的升高，寄生电容的影响成为引起电阻阻抗下降的主要因素；随着频率的进一步升高，引线电感的作用就越加明显，电阻阻抗上升；在频率很高时，引线电感就成为一个无限大的阻抗，甚至开路。
Apr. 18. 2010电阻器的阻抗首先是随着频率的升高而增加；但到某Apr. 18. 2010Apr. 18. 2010，总的旁路电在200MHz Apr. 18. 2010电容器的射频等效电路C ：电容数值；Rs ：串联电阻；Rp ：绝缘电阻；：引线和平板的电感；其中电阻都会形成热损耗，用Apr. 18. 2010Apr. 18. 2010From SEIEE SJTU理想的阻抗随着工作频率的升高而近似线性地减小。
而实际阻抗，随着频率的升高，其引线电感变得越来越重要；电容器的特性随着频率的升高而改变。
在谐振频率Fr ，引线电感与实际电容形成串联谐振，使得总的电抗趋向于0Ω；之后，在高于Fr 的些政频率之上，电容器的行为呈现为电感性而不再是电容性。
Apr. 18. 2010Apr. 18. 2010From SEIEE SJTU•能量损耗计算公式：()2610555cm /W tan .f E E r 2δε−×=Apr. 18. 2010Apr. 18. 2010Apr. 18. 2010Apr. 18. 2010Cs ：分布电容L ：电感Apr. 18. 2010理想和实际电感器的阻抗与频率特性随着频率的升高，电感器的电抗（XL ＝ωL ）也增加，在电感器的并联谐振频率Fr 处达到峰值；经过谐振频率Fr Apr. 18. 2010Apr. 18. 2010Apr. 18. 2010集成螺旋电感器使用同心圆耦合线的近似处理及实用等效模型Apr. 18. 2010电容可用理想电容Cs 、电感Ls 和电阻Rs 的串联电路来等效；电感可用理想电感Lp 、电容Cp 和电阻Rp 的并联电路来等效；电阻可用理想电容Rp 、电容Cp 或电感Lp 的并联电路来等效。
无源射频微波元件综述
第5章 微波元件
• •
(一) 接头 对接头的基本要求是 : 连接点接触 可靠;不引起电磁波的反射,输入驻波比尽 可能小 , 一般在 1.2 以下 ; 工作频带要宽 ; 电 磁能量不会泄漏到接头外面 ; 而且结构要 牢靠,装拆方便,容易加工等。下面以矩形 波导接头 ( 又称法兰 ) 为例 , 加以简单说明。 • 波导接头有平接头和抗流接头两种。 分别如图5―3―1(a)和(b)所示。
(3) 当 TE-10 模信号从③端口输入时 , 则①和 ②端口有反相输出。 (4)当TE-10模信号从①和②端口同相输入时, 则③端口输出最小;
第5章 微波元件
•
当信号从①和②端口等幅同相输入时, 则③端口无输出。对称面为电场波腹点。 • (5)当TE-10模信号从①和②端口反相 输入时,则③端口有输出;当信号从①和②端 口等幅反相输入时 , 则③端口有最大输出。 且对称面为电场的波节点。 • E―T 接头的工作特性如图 5―2―7 所 示,(图中为电力线)。由波导管壁的纵向电因 此E―T接头的等效电路相当于在传输中串接 一个阻抗。如果在E分支中加一个可调的短 路活塞 , 上下改变活塞的位置就可改变串接 电抗的大小,如图5―2―8所示。
第5章 微波元件
• •
(一) 全匹配负载 全匹配负载是接在传输系统终端的 单端口微波元件 , 它能几乎无反射地吸收 入射波的全部功率。因此当需要在传输 系统中建立行波状态时 , 都要用到匹配负 载。 • 对匹配负载的基本要求是:有较宽的 工作频带 , 输入驻波比小和一定的功率容 量。图 5―3―7 给出了两种全匹配负载的 结构示意图。
第5章 微波元件
•
当螺钉插入波导较浅时,一方面和电 容膜片一样 , 会集中电场具有容性电纳的 性质 ; 另一方面波导宽壁的轴向电流会流 进螺钉从而产生磁场 , 故又具有感性电纳 的性质。但由于螺钉插入波导的深度较 浅,故总的作用是容性电纳占优势,故可调 螺钉的等效电路为并接一个可变电容器 , 如图5―2―5所示。
射频电路设计--理论与应用
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。
2无源元件1(天津大学射频电路设计课程)
§1电阻与互连线
电阻R 、电阻率ρ和方块电阻 R (Sheet Resistance )
R =ρ L/Wt= ρ /t*L/W=R L/W R = ρ /t
S型电阻的估算 – 每个方块电阻值为R – 转角处的方块约为0.5-0.55R – 接触孔所在方块电阻( 不含 接触孔电阻) 约为0.14 R ∴ (1×2×4+1×3+0.55×6+0.14 ×2) R=14.58R
对于方形螺旋电感近似设计，一个比较有用的公式也许是下面这个 (18)式 式中P 是绕组的节距，单位为米/匝；这里假定了磁导率为真空的磁导率。 举例，考虑一个120 nH 的电感，设它的螺旋节距P 为5 微米每匝。把这些 数字代入到设计公式中，所要求的匝数大约为27，这相应于所要求的电感半 径r为140 μm。这一电感所占据的面积相当于大约8 个压焊块的巨大面积。 一般来讲，实际的片上电感约在10 nH 左右或更小。
集成电路中的无源元件
集成无源元件的选择依据： 成本(占用面积小)、品质因数、工作频率、寄 生参数、容差(Tolerance)、匹配(Matching)、 稳定性(温度系数)、线性度(是否随电压变化) 等。
集成电路中的“层”
可以认为集成电路是在一块基座上不同几何尺寸的不同材料的堆砌 基座：衬底(Substrate)，机械支撑作用，构成元件的基本材料 半导体：不同掺杂浓度的半导体材料，主要用于形成有源器件 绝缘层：用作隔离和介质, 如二氧化硅等 连接层：金属、多晶硅，器件之间的连接；可构成电阻、电容、电感 硅(CMOS) 工艺中的物理层 P型或N型硅衬底，典型电阻率约10Ω•cm，数百微米厚 P阱、N阱(P-well, N-well)，方块电阻>1k，制作晶体管的基础，阱与阱之间，阱 与衬底之间具有隔离作用 P型和N型扩散层(P-diff, N-diff)， MOS管的源、漏极 多晶硅(Poly) 金属(M1, M2, ...) 接触孔和过孔(Contacts and Vias)
射频传输中的无源器件
3DB电桥3db电桥也叫同频合路器，它能够沿传输线路某一确定方向上对传输功率连续取样，能将一个输入信号分为两个互为等幅且具有90°相位差的信号。
主要用于多信号合路，提高输出信号的利用率，广泛应用室内覆盖系统中对基站信号的合路，在这种场所运用效果很好。
二：3DB电桥用处：3DB桥插损是3.2，隔离度也是25，驻波一般。
但是有两个输出口，比如输入两个30输出就是两个27。
3dB电桥的输出口也可随意定，两进一出，一进两出，两进两出，其实都可以，多的一个口接上足够功率的负载就行了。
不接负载的其实也就是出厂就断接了,跟另接负载没什么两样的效果。
但是，对于驻波比要求高的时候只能用3dB。
另外，还要考虑器件的承受功率。
3DB电桥之电桥平衡简述：3DB电桥——电桥平衡就是说最后在中间连的那根导线中没有电流通过 3DB电桥条件是四个电阻的阻值交叉相乘相等的时候就平衡了。
1、电桥平衡：如图是一种特殊结构的电路──直流单臂电桥，R1、R2、R3和R4叫电桥的臂，检流计G接于CD之间称为“桥”。
一般情况下R1、R3两端的电压不相等，即C、D两点间的电势不等，G中有电流通过。
改变R1、R3的大小，可以使UAC=UAD，这时G中无电流通过。
当G中无电流时叫做“电桥平衡”。
2、电桥不平衡：R1,R4看成并联的，R2,R3也看成并联的两者之间是串联R1,R4电阻12/5欧姆R2,R3电阻8/5欧姆，电流I=4/（12/5+8/5）=1AR1,R4上的电压是12/5，R2,R3上的电压是8/5R1的电流是2/5A，R2的电流是3/5A，R1的电流是4/5A，R1的电流是1/5AG上的电流等于 R1上的电流I1减去R2上的电流I2Ig=I1-I2=2/5-3/5=-1/5所以G上的电流是1/5AR1的电流应该是2/5，R2的电流应该是4/5，R3的电流应该是1/5，R4的电流应该是3/5Ig=I1-I2=2/5-4/5=-2/5G上的电流是2/5A 三.3DB电桥平衡条件：利用电桥测量电阻的过程，就是调节R1、R2、R3使电桥达到平衡条件的过程，而平衡与否由电流计来判断。
无源射频微波元件..
第5章 微波元件
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一 阻抗调配器 阻抗调配器常用来匹配传输线特性 阻抗和负载(或信号源)阻抗不等的情况。 阻抗调配器可分分支调配器和螺钉调配 器 , 前者可调的电抗元件是用改变分支线 的长度来实现的 , 常用于平行双线和同轴 线传输系统中 ; 后者可调电抗元件是可调 螺钉,常用于波导中。
第5章 微波元件
第5章 微波元件
第5章 微波元件
图 5―3―6
第5章 微波元件
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二 终接元件 常用的终接元件有匹配负载和短路 器两种。匹配负载和短路器都属于一端 口的网络,但它们的功能绝然不同,匹配负 载是将所有的电磁能量全部吸收而无反 射 (ρ=1,Γ=0); 而短路负载是将所有的电磁 能量全部反射回去 , 一点能量也不吸收 (ρ=∞,Γ=1)下面分别讨论之。
第5章 微波元件
第5章 微波元件
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(3) 当信号自①和②端口同相输入 时,则③端口有最大输出,此时,③端口对称 面处在电场驻波腹点。 • (4) 当信息自①和②端口反相输入 时,③端口输出最小,此时,③端口对称面处 在电场驻波节点。当①和②端口等幅反 相输入时,则③端口输出为零。 • H―T 接头与 E―T 接头情况不同 , 主 波导宽壁电流被分支分流, 因此 H―T 接头 的 H 臂相当于并接在传输线中的电抗 , 同 样调节H臂中的短路活塞的位置就可改变 并接电抗的大小。如图5―2―10所示。
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(一) 分支阻抗调配器 分支阻抗调配器按分支的多少可分 单支节双支节及多支节调配器。单支节 调配器的工作原理在第二章的 2―6 节已 讨论过,这里不再复述。 • 2―6 节曾指出 , 单支节调配器的最 大优点是结构简单。但它是通过调节支 节线的插入位置和支节线的长度来实现 匹配的,在同轴线中支节的长度,可应用短 路活塞很易改变 , 但分支线插入位置很难 改变 , 因此单支节调配器的应用受到一定 的限制。
最新射频无源器件课件PPT
耦合度：当其余端口接匹配负载时，耦合端输出功率与主线输入功率之比。
耦合损耗：由于一定能量传输到耦合端而引起主线输出功率减小，它等于主
线插入损耗的理论值。主线插入损耗的最小理论值与耦合度的关系如下：
2
1 定向耦合器 耦合比例 耦合度 耦合损耗
3 5dB
4
5dB耦合器
1/3
-5dB -1.65dB
2 3 7dB
无源器件－功分器
腔体功分器与微带功分器的比较
插损 输出口驻波 输出隔离 功率容量
可靠性 三阶互调失真
对终端要求 应用
微带功分器
相对稍大 小
保证一定程度隔离 小
相对稍差 典型值-140 dBC 要求负载驻波小 室内中小功率场合
腔体功分器
小 不作为声明值 不作为声明值
大 高可靠，长寿命 典型值-150dBC
无 所有场合
无源器件－耦合器
定向耦合器的定义
定向耦合器常用于对规定流向微波信号进行取样。在无内负载时， 定向耦合器往往是一四端口网络。
输入信号
主线
主通道
输入端口 耦合信号
副线 耦合端口
直通信号
主线/直通端口 隔离端口
无源器件－耦合器
耦合器的产品种类
基站大功率耦合器
800MHz~2500MH腔体定向耦合器 800MHz~2500MH同轴腔体耦合器
CPU主频=外频 X 倍频系数 CPU的位与字长
位（Bit）：计算机处理的二进制数的基本单位。 1个“0”或“1”代表1位。
字长：指CPU单位时间内能一次处理的二进制位数 如：32位机
缓存：分为 L1 Cache(一级缓存）、 L2 Cache(二级缓存） L3 Cache(三级缓存）
射频电路等效电路
射频电路等效电路
射频电路等效电路是一种理论模型，在射频电路设计和分析中起
着重要的作用。
射频电路是指频率高于几百千赫兹的电路，例如高频
电视发射机、无线电通讯系统等。
等效电路则是将电路用等效电路模
型来代表，便于分析和设计。
射频电路的等效电路模型包括几个基本元件：电感、电容、电阻
和晶体管等。
其中，电感和电容是射频电路最基本的元件，具有储能、传递信号等重要功能。
电阻则是用来限制电流并消耗电能的。
晶体管
是射频电路中重要的信号放大器，用来增强信号强度。
射频电路等效电路的分析和建模可以通过多种方法实现，例如矢
量分析法和频域分析法等。
其中，矢量分析法提供了一种直观、物理
的理解射频信号行为的手段。
而频域分析法则可以通过对信号的功率、相位和频率特性进行分析，从而更好地理解信号的特性和行为。
在实际射频电路设计中，射频电路等效电路帮助设计者对电路进
行预测和设计。
通过对电路的等效电路模型进行仿真，可以找到电路
中可能存在的问题，优化电路的性能和稳定性。
因此，射频电路等效
电路理论模型是射频电路设计中非常重要的一部分。
第2章 射频元器件及电路模型
f 2 2 fCTE re2 (1 2 ) 0 fb
f2 f2 1 a [(1 2 )(1 2 ) 0 ] 0 fb fb
25
§2.3 双极型晶体管
2.3.2 异质结双极型晶体管（HBT） 异质结双极型晶体管（HBT）的制造采用发射极比基极有 更宽禁带的半导体，因而发射极比基极有更宽的能量带隙。绝 大多数HBT结构是通过诸如CVD或者MBE等晶体外延生长技术 实现的，下图是这类器件的能带图。 Ebg Ec Ev ， 这些能量带隙不连续， 它们在价带和导带之间分离开。 共发射极电流增益：
陶瓷电容器的结构
8
§2.1 无源集总元件
2.1.3 电感器 电感器在射频/微波电路设计中常用于偏置、反馈和匹配 等电路，是一种重要的元器件。 1、MMIC中的电感器 在单片微波集成电路中，最常见的是螺旋电感器，它具 有结构紧凑、面积相对较小、电感量较大、自谐振频率高、 品质因素高等特点。
图2.10 螺旋电感器示意图
§2.1 无源集总元件
（2）交指型电容器 交指型电容器由一组平行的交错排列的薄导带构成。交 指型电容器的电容量随着交指长度呈近似线性关系。其结构 如下图所示：
图2.7 结构版式布局
7
图2.8 电容器与交指长度的函数关系
§2.1 无源集总元件
2、HMIC中的电容器 在混合集成电路中，片状电容得到了广泛的应用。陶瓷 电容是一种常见的贴片电容器，它由其间交叠着的若干金属 电极矩形陶瓷介质和金属接触片组成，其结构如下图所示：
24
§2.3 双极型晶体管
3. 噪声系数分析 双极型晶体管的最小噪声系数为：
Fmin rb Ropt re
2 opt
f2 1 (1 2 ) fb 0
射频电容等效电路
射频电容等效电路射频电容是一种被广泛应用于射频电路中的电子元件，它在射频电路中起着重要的作用。
本文将介绍射频电容的等效电路及其在射频电路中的应用。
在射频电路中，射频电容主要用于连接、耦合和隔离电路中。
射频电容可以看作是由电容和电阻构成的等效电路。
在射频信号传输中，电容和电阻对信号的传输和衰减起着重要的作用。
射频电容的等效电路可以分为串联等效电路和并联等效电路。
串联等效电路由电容和电阻串联而成，用于衰减射频信号。
并联等效电路由电容和电阻并联而成，用于传输射频信号。
在射频电路中，射频电容主要用于耦合电路和隔离电路中。
耦合电路是指将射频信号从一个电路传输到另一个电路的过程。
射频电容可以在两个电路之间建立起耦合关系，使射频信号能够顺利传输。
隔离电路是指将射频信号与其他信号隔离开来的过程。
射频电容可以起到隔离的作用，使射频信号不受其他信号的干扰。
射频电容的选择要根据具体的射频电路要求来进行。
首先要考虑的是射频电容的工作频率范围，选择适合的电容值。
其次要考虑射频电容的耐压和漏电流等参数，以确保射频电路的稳定性和可靠性。
此外，射频电容的尺寸和安装方式也要考虑，以满足射频电路的布局和空间要求。
射频电容在射频电路中的应用非常广泛。
在无线通信系统中，射频电容被广泛应用于天线、滤波器、放大器等射频电路中。
在雷达系统中，射频电容被用于射频发射和接收模块中。
在医疗设备中，射频电容被用于射频信号的处理和传输。
射频电容在射频电路中扮演着重要的角色。
它的等效电路能够有效地传输和衰减射频信号，保证射频电路的正常工作。
射频电容的选择和应用要根据具体的射频电路需求来进行，以满足电路的性能要求和可靠性要求。
射频电容是射频电路中不可或缺的元件之一。
它的等效电路能够有效地传输和衰减射频信号，起到连接、耦合和隔离电路的重要作用。
射频电容的选择和应用要根据具体的射频电路需求来进行，以确保电路的稳定性和可靠性。
随着射频技术的发展，射频电容在无线通信、雷达和医疗设备等领域的应用将会越来越广泛。
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Apr. 18. 2010Apr. 18. 2010 Apr. 18. 2010Apr. 18. 2010 Apr. 18. 2010Apr. 18. 2010
Apr. 18. 2010
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Apr. 18. 2010
Apr. 18. 2010
Apr. 18. 2010
电阻器的射频等效电路不仅呈现出单纯的电阻 R ，还具有两端引线的引线电感L 以及模拟电荷分离效应的电容C a 和跨接两端引线之间的电容C b
Apr. 18. 2010
From SEIEE SJTU
金属膜电阻器的阻抗绝对值与频率之间的关系
在低频时，电阻器的阻抗是R ，随着频率的升高，寄生电容的影响成为引起电阻阻抗下降的主要因素；随着频率的进一步升高，引线电感的作用就越加明显，电阻阻抗上升；在频率很高时，引线电感就成为一个无限大的阻抗，甚至开路。
Apr. 18. 2010
电阻器的阻抗首先是随着频率的升高而增加；但到某Apr. 18. 2010
Apr. 18. 2010
，总的旁路电在200MHz Apr. 18. 2010
电容器的射频等效电路
C ：电容数值；Rs ：串联电阻；Rp ：绝缘电阻；：引线和平板的电感；其中电阻都会形成热损耗，用Apr. 18. 2010
Apr. 18. 2010
From SEIEE SJTU
理想的阻抗随着工作频率的升高而近似线性地减小。
而实际阻抗，
随着频率的升高，其引线电感变得越来越重要；电容器的特性随着频率的升高而改变。
在谐振频率Fr ，引线电感与实际电容形成串联谐振，使得总的电抗趋向于0Ω；之后，在高于Fr 的些政频率之上，电容器的行为呈现为电感性而不再是电容性。
Apr. 18. 2010
Apr. 18. 2010
From SEIEE SJTU
•能量损耗计算公式：
()
2
610555cm /W tan .f E E r 2δ
ε−×=Apr. 18. 2010
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Apr. 18. 2010Apr. 18. 2010
Cs ：分布电容
L ：电感
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理想和实际电感器的阻抗与频率特性
随着频率的升高，电感器的电抗（XL ＝ωL ）也增加，在电感器的并联谐振频率Fr 处达到峰值；经过谐振频率Fr Apr. 18. 2010
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集成螺旋电感器使用同心圆耦合线的近似处理及实用等效模型
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电容可用理想电容Cs 、电感Ls 和电阻Rs 的串联电路来等效；电感可用理想电感Lp 、电容Cp 和电阻Rp 的并联电路来等效；电阻可用理想电容Rp 、电容Cp 或电感Lp 的并联电路来等效。
Apr. 18. 2010
From SEIEE SJTU
Apr. 18. 2010
•贴片电容或贴片电感的等效电路是由电容、电感和电阻双段三个元件所构成，因此很难采用单端测试，而更多的需要采用双端（S21）测试;
是对称的Apr. 18. 2010
•贴片电阻的等效电路是一个电阻和一个电容或者一个电阻和一个电感所构成，仅仅只包含两个元Apr. 18. 2010
From SEIEE SJTU
在自谐振频率上：
Apr. 18. 2010
计算得到结果：
Apr. 18. 2010
Apr. 18. 2010
From SEIEE SJTU
电容的寄生电阻数
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From SEIEE SJTU
在自谐振频率下：
Apr. 18. 2010
From SEIEE SJTU
计算得到结果：
Apr. 18. 2010
L: nH f: MHz
Apr. 18. 2010
From SEIEE SJTU
与电感标称值的变化曲线：
贴片电感的并联寄生电容的数值几乎不变，寄生电容的平均值为贴片电感的并联寄生电阻随着电感标称值的增Apr. 18. 2010
From SEIEE SJTU
S11或S22对应于复阻抗Zs ：
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Apr. 18. 2010Apr. 18. 2010 Apr. 18. 2010From SEIEE SJTU Apr. 18. 2010。