通信射频电路2 通信系统中的基本单元电路共141页
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射频通信电路分析(二)
1
FET 的S参数
封装外壳很重要：降低性能恶
化，寄生参数小，散热、尺寸
G
Rg
Cdg Cgs Rgs Cdc gmvgs Rs Gds
Rd
D
Cds
S
无封装
有封装
2
§1.5.2 微波晶体管放大器增益
一、输入输出阻抗
Zso
ä è ¤ Ê È Æ ä ç « Å µ Â
AC
a1 b1 Zin
FET
a2 b2 Zout
§1.5 小信号微波晶体管放大器
§1.5.1 有源二口网络的S参数
原因：物理含义确切，易测量 b1 b1 S1 1 |a 2 0 S1 2 |a1 0 a1 a
2
1 1'
a1 b1 [S]
a2 2 b2 2'
Z1 1 Z21 I1 U1
S21
b2 |a2 0 a1
b2 S22 |a1 0 a2
13
Ð ð ² Å ªÔ
二、绝对稳定的充分必要条件
• 绝对稳定的必要条件
依据： R2 P2 1
R2 C 2* S 22
2 2
P2 R2
R2 P2 ³ 1
P2 R2 1
化简得
1 S1 1
2
P2
S1 2S 2 1 S2 2
2
2
Ð ð ² Å ªÔ
P2 R2 ³ 1
15
3. 信源阻抗对稳定性有影响
Z
不自激振荡条件：
AC
a10
a1 b1
GS Gin 1
基本规律：
GS
S
Z0
Gin
《通信电路》课件
无线通信技术
无线通信技术的不断创新将推动 通信电路向更高频段、更远距离 、更快速度的方向发展，如毫米 波通信、激光通信等技术的应用 。
通信电路在未来的应用前景
1 2 3
智慧城市
智慧城市的建设将需要大量的通信电路支持，实 现各种智能化服务和管理，如智能交通、智能安 防等。
工业4.0
工业4.0的实现需要高速、可靠、安全的通信电 路支持，实现各种设备的互联互通和智能化生产 。
提高信号传输效率的方法包括采用高速数字信号处理器、优化调制解调技术、采用高带宽传输线等。
降低电路功耗
降低电路功耗可以减少能源消耗，降 低散热成本，提高设备的便携性。
VS
降低电路功耗的方法包括采用低功耗 器件、优化电路设计、采用智能电源 管理技术等。
提高电路稳定性
提高电路稳定性可以提高设备的可靠性和稳定性，减少故障率。
特点
高可靠性、高速传输、低误码率、低 成本、灵活性和可扩展性。
通信电路的基本组成
01
02
03
发送端
包括信息源、发送器等， 负责将原始信息转换为适 合传输的信号。
传输介质
如光纤、同轴电缆、双绞 线等，负责信号的传输。
接收端
包括接收器和信息目的地 ，负责将传输的信号还原 为原始信息。
通信电路的应用与发展
噪声分析法
噪声分析法是一种评估通信电路中噪 声性能的分析方法。
通过测量和计算电路的噪声系数、信 噪比和失真等参数，可以了解电路的 噪声性能和信号质量，从而评估其在 通信系统中的适用性和可靠性。
04
通信电路的设计与实现
通信电路的设计原则与步骤
总结词
设计原则、步骤
设计原则
可靠性、稳定性、高效性、可扩展性。
通信射频电路2 通信系统中的基本单元电路
P01 = G p Pin P03 = G p 3 Pin
3
∴ Gp3 = =
2
Gp
( IIP3 )
P
3 i max
2
又 P03 = G P
3
3 p 3 i max
Gp
( IIP3 )
2
= G p Ft
∴ Pi max = ( IIP3 ) Ft
2、动态范围
对于第二种放大器，因现在基本上都引 入了AGC电路，故一般认为不会影响系 统动态范围。 对于第三种放大器，主要考虑其增益的 非线性。此时期动态范围定义为1dB压 缩点的输入信号电平与灵敏度（或基底 噪声）之比
四、噪声系数与等效噪声温度
1.既然信噪比如此重要，为了考察一个电 路（或系统）的性能，我们又定义了噪声 因数与噪声系数。 噪声系数：F=输入信噪比/输出信噪比 噪声系数（dB）：NF=10log10F 因为任意一个实际模拟电子系统总是有噪 声的，所以F一定大于1，理想情况F=1或 NF=0dB
四、噪声系数பைடு நூலகம்等效噪声温度
NF = 10 lg F = 2.5dB
由上可见，级联系统前面几级噪声系数 对系统总的噪声系数影响较大。前级的 增益越大，后级噪声的贡献越小。
五、接收灵敏度与动态范围
1、灵敏度 通信系统接受微弱信号能力的一种度量 定义：通信系统能正确接收有用信号时， 输入信号的最低电平。这里“正确接收” 的含义就是能正确解调，亦即送到解调器 的信号的信噪比必须能达到正确解调的要 求。 由此直观的分析可知，接收机本地噪声的 大小决定了系统灵敏度的大小
例：某接收机NF=8dB， RA=50 ,B=3kHz，要求D=12dB，求EA 8 12 解：
F = 1010 = 6.3 , D = 1010 = 15.8
3
∴ Gp3 = =
2
Gp
( IIP3 )
P
3 i max
2
又 P03 = G P
3
3 p 3 i max
Gp
( IIP3 )
2
= G p Ft
∴ Pi max = ( IIP3 ) Ft
2、动态范围
对于第二种放大器，因现在基本上都引 入了AGC电路，故一般认为不会影响系 统动态范围。 对于第三种放大器，主要考虑其增益的 非线性。此时期动态范围定义为1dB压 缩点的输入信号电平与灵敏度（或基底 噪声）之比
四、噪声系数与等效噪声温度
1.既然信噪比如此重要，为了考察一个电 路（或系统）的性能，我们又定义了噪声 因数与噪声系数。 噪声系数：F=输入信噪比/输出信噪比 噪声系数（dB）：NF=10log10F 因为任意一个实际模拟电子系统总是有噪 声的，所以F一定大于1，理想情况F=1或 NF=0dB
四、噪声系数பைடு நூலகம்等效噪声温度
NF = 10 lg F = 2.5dB
由上可见，级联系统前面几级噪声系数 对系统总的噪声系数影响较大。前级的 增益越大，后级噪声的贡献越小。
五、接收灵敏度与动态范围
1、灵敏度 通信系统接受微弱信号能力的一种度量 定义：通信系统能正确接收有用信号时， 输入信号的最低电平。这里“正确接收” 的含义就是能正确解调，亦即送到解调器 的信号的信噪比必须能达到正确解调的要 求。 由此直观的分析可知，接收机本地噪声的 大小决定了系统灵敏度的大小
例：某接收机NF=8dB， RA=50 ,B=3kHz，要求D=12dB，求EA 8 12 解：
F = 1010 = 6.3 , D = 1010 = 15.8
射频电路原理框图PPT课件
.
18
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。
.
21
射频电路的主要元件及工作原理
当混频器的输出信号为信号频率与本振信号之差，且 比信号频率高时，所用的变频器被称为下边带上变频。
• 在接收机电路中的混频器是下变频器，即混频器输出 的信号频率比输入信号频率低；在发射机电路中的混 频器通常用于发射上变频，它将发射中频信号与 UHFVCO(或RXVCO)信号进行混频，得到最终发射信 号。
.
27
射频电路的主要元件及工作原理
• 在GSM 系统中，有一个公共的广播控制信道(BCCH)， 它包含频率校正信息与同步信息等。手机一开机，就会在 逻辑电路的控制下扫描这个信道，从中获取同步与频率校 正信息，如手机系统检测到手机的时钟与系统不同步，手 机逻辑电路就会输出AFC 信号。AFC 信号改变 13MHz/26MHz 电路中VCO 两端的反偏压，从而使该 VCO 电路的输出频率发生变化，进而保证手机与系统同 步。
.
3
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。
第二章射频通信电路基础-3
封装式硅双极结型晶体管（BJT）的特性
典型的硅双极结型晶体管结构
（a）典型的硅BJT横截面（b）俯视图
（c）封装式晶体管（d）插指型BJT俯视图
本征硅双极结型晶体管（BJT）等效混合型 电路模型
（a）
（b）
（c） （a）共发射极双极结型晶体管 BJT 的混合型模型（b）简化的混合型模型 （c）考虑 rbb'、c b'c 自然分布的混合型模型
1 m2
V C j C j 0 1 R VD
V C j 0 1 R VD
变容二极管
• 变容管的两个重要参数一个是品质因数Q，另一 个是截止频率fc。Q的定义是储能与耗散能量之 1/ C 1 Q 比，可表示为 R C R
封装形式的硅双极结型晶体管(BJT)的典型性能
频率 1 GHz 小信号晶体管 2 GHz 4 GHz 1 GHz 线性功率晶体管 2 GHz 4 GHz 1 GHz 低噪声晶体管 2 GHz 4 GHz 1 GHz 振荡器 2 GHz 4 GHz 功率增益 20 dB 18 dB 11 dB 15 dB 12 dB 8 dB 18 dB 13 dB 9 dB — — — 输出功率 20 dBm 20 dBm 18 dBm 29 dBm 29 dBm 27 dBm 18 dBm 18 dBm 18 dBm 30 dBm 30 dBm 27 dBm 最小噪声系数 1.8 dB 2.4 dB 3.5 dB — — — 1.2 dB 1.7 dB 2.8 dB — — —
• 正偏压之下，I层电阻Rj 很小，并联的 电容Cj 可忽略。因此等效电路可简化 为图（e），其中正向电阻Rf = Rj + Rs 。同样，在微波低端，等效电路可 进一步简化为图（f、g）。
射频通信电路-黄卡玛-射频电路基础
Q0
0 L
R
1
0C
1 R
2.3.1 串联谐振电路
例 2-3：串联谐振电路中，R 5，L 100nH ，C 10 pF 。试求 1） 电路的谐振频率 f0 和电路的品质因数 Q；2）如果在谐振频率时施加 10V 电压，电路的电流 I、电感上的电压降 VL、电容上的电压降 VC。
解：1）谐振频率
f0
GV
dB
GP
dB
10 log10
V2 OUT Z0 VIN 2 Z0
20 log10
VOUT VIN
2.2 分贝表示法
绝对功率的分贝表示
P
dBm
10
log10
P 1mW
表 2-2 使用 dBm 表示的一些典型功率值
P
0.01mW 0.1mW 1mW 10mW 100mW 1W
2.6 射频晶体管
2.6.1 射频晶体管的结构 2.6.2 射频晶体管的模型
2.6.1 射频晶体管的结构
1. 双极型晶体管 (BJT)
2.6.1 射频晶体管的结构
2. 场效应管 (FET)
金属绝缘栅半导体场效应管（MISFET） 结型场效应管（JFET ） 金属半导体场效应管（MESFET） 异质结场效应管(HEMT)
如果只考虑谐振电路自身，则品质因数称为空载品质因数。
RG
+
VG
Z
I RLC RL
2.4.2 有载品质因数
QE
0 L
RE
1
RE0C
Q0
0 L
R
1
R0C
QLD
0 L
R RE
1
R RE 0C
1 11
QLD Q0 QE
《射频电路与天线》课件
电容元件
定义
电容元件是一种能够存储电场能 量的元件，其基本结构是两个平
行板导体之间的绝缘介质。
工作原理
当电压施加在电容元件上时，会在 电介质中产生电场，使得两极板之 间产生电荷吸引力。
特性
电容元件具有容抗，其值与电容量 和频率成反比。在射频电路中，电 容元件常用于滤波、耦合和匹配等 应用。
电阻元件
天线的工作原理
总结词
天线的工作原理
VS
详细描述
天线的工作原理基于电磁波的传播和辐射 。当天线受到电磁波激励时，会在其周围 产生电磁场，形成电磁波的辐射和传播。 天线的形状、尺寸和材料等因素决定了其 辐射特性和方向性。常见的天线形式包括 偶极子天线、单极子天线、抛物面天线等 ，它们各有不同的工作原理和应用场景。
能将得到进一步提升，为无线通信技术的发展提供有力支持。
02 射频电路的基本元件
电感元件
定义
电感元件是一种能够存储磁场能量的 元件，其基本结构是一个导线绕组。
工作原理
特性
电感元件具有感抗，其值与电感量成 正比，与频率成反比。在射频电路中 ，电感元件常用于滤波、耦合和调谐 等应用。
当电流在电感元件中流动时，会产生 一个与电流变化方向相反的感应电动 势，阻碍电流的变化。
《射频电路与天线》PPT课件
contents
目录
• 射频电路概述 • 射频电路的基本元件 • 天线基础 • 常见天线类型与应用 • 天线阵列与馈电网络 • 射频电路与天线的未来发展
01 射频电路概述
定义与特点
总结词
射频电路是无线通信系统中的关键组成部分，具有频率高、频带宽、信号传输损耗低等特点。
要点二
详细描述
在进行馈电网络设计与实现时，需要综合考虑信号传输效 率、功率分配均匀性、相位一致性等因素。通过对传输线 型式、功率分配器和相位调整器等进行合理选择和设计， 可以确保馈电网络的性能满足天线阵列的工作需求。同时 ，还需要考虑馈电网络的可靠性、可维护性和成本等因素 ，以满足实际应用的需求。
射频电路设计第二章
定义
电感是能够存储磁场能量的元件，其 基本单位是亨利（H）。
工作原理
当电流在电感中流动时，磁场被建立 起来，从而产生一个与电流变化方向 相反的感应电动势。
在射频电路中的应用
在射频电路中，电感常用于滤波器、 调谐器和扼流圈等，以控制电流和信 号频率。
重要参数
电感的品质因数（Q值）和自谐振频 率是关键参数，影响其在射频电路中 的性能。
宽频带特性
射频信号的频带较宽，通常覆 盖多个频段，因此电路需要具 有宽频带特性，能够处理不同 频段的信号。
高灵敏度特性
射频电路通常具有高灵敏度， 能够检测到微弱的信号，因此 需要采取措施减小噪声和干扰 。
高线性度特性
射频电路需要具有高线性度， 以减小信号失真和干扰，提高
通信质量。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2
射频电路元件
电感
射频电路设计第二章
• 射频电路基础 • 射频电路元件 • 射频电路设计流程 • 射频电路仿真技术 • 射频电路版图设计 • 射频电路测试技术
01
射频电路基础
射频定义
01
射频（Radio Frequency）：指电 磁波的频率介于无线电波和微波之 间，通常为300KHz至300GHz的 电磁波。
混合仿真
混合仿真结合了电磁仿真和 电路仿真的优点，能够同时 考虑电路和电磁场之间的相
互作用。
混合仿真通常采用基于物理 的建模方法，将电路元件和 电磁场相互耦合，以更准确
地模拟射频系统的性能。
混合仿真在射频和微波集成 电路设计、天线馈电网络设 计等领域具有广泛的应用价 值。
05
射频电路版图设计
版图布局
信号频段
确定射频电路的工作频 段，包括低频、中频、
《手机射频电路原理》课件
信号放大
对发射信号进行功率放大，提 高信号的传输距离和接收灵敏 度。
信号发射与接收
通过天线将调制后的信号发射 出去，并接收来自基站的信号
，进行解调和处理。
手机射频电路的重要性
重要性
通话质量
手机射频电路是实现手机通信功能的关键 部分，其性能直接影响手机的通话质量、 信号强度、数据传输速率等。
射频电路的信号处理能力和稳定性决定了 通话的音质、语音清晰度和无杂音干扰等 关键因素。
调制解调器
调制解调器是实现调制和解调功能的电路，通常集成在手机的主芯 片中。
频谱的利用与控制
频谱资源
01
无线通信频谱是有限的资源，需要合理分配和利用。
频谱控制
02
为了防止干扰和保证通信质量，需要对频谱进行控制和管理。
频谱感知
03
手机需要具备感知周围频谱的能力，以便选择最佳的通信信道
。
信号的传播与衰减
负责信号的接收和发送的核心组件
详细描述
射频收发器是手机射频电路中的核心组件，负责信号的接收和发送。它能够将信 号从模拟信号转换为数字信号，或者从数字信号转换为模拟信号，确保手机能够 进行无线通信。
功率放大器
总结词
放大信号的组件
详细描述
功率放大器是手机射频电路中的重要组件，用于放大信号的功率。在发射信号时，功率放大器将信号放大到足够 的功率，以便能够有效地传输。在接收信号时，功率放大器对微弱的信号进行放大，使其能够被进一步处理。
信号接收
手机通过天线接收射频信 号，经过解调过程从中提 取出低频信号。
调制与解调
调制是将低频信号转换为 适合传输的射频信号，解 调则是将射频信号还原为 原始的低频信号。
Chapter2 射频电路基础(2013版)PDF
27
解此联立方程可得：
V2 j C M I s 1 2 2 ( ) g j C C C M M j L j C M / g 2
2 2
2 1 0 2C M 1 j g ( ) g 2 0 0 j I s g (1 2 2 ) j 2
若要求负载与信号源内阻匹配，问变 压器线圈匝数比N1~3/N2~3应为何值? 解:先把RL折算到电容支路两端得到RL’
RL C1 C2 2 RL ' 2 ( ) RL 16 RL C1 p1
再把RL’折算到RS支路两端得到RL’’
N 2~3 2 N 2~3 2 ) R L ' 16 ( ) RL Rs RL ' ' p2 RL ' ( N 1~ 3 N 1~ 3
可见，在有信号源內阻和负载电阻情况下，为了对并联谐振 回路的影响小，需要应用阻抗变换电路。
n n
所以并联谐振回路希望用恒流源激励（内阻大）。
31
3. 匹配网络阻抗变换 （窄带）
L型匹配网络 常用网络结构 T型匹配网络 p型匹配网络
7
（一）简单LC并联谐振回路分析
固有串 联电阻 等效并 联阻抗
实际的并联谐振回路
等效的并联谐振回路
R 并联阻抗 r 串联电阻
1 L R r C
8
简单并联谐振回路的阻抗表达式为：
Z ( j )
1 1 1 j C R j L
R 0 1 j ( ) 0 L 0
24
结论：
（１）部分接入的电阻（或阻抗）折算到回路两端时， 其值增大 １／ｐ2倍，电导（或导纳）则减小ｐ2 倍； （２）部分接入的电压源折算到回路两端时，其值增大１／ｐ倍； （３）部分接入的电流源折算到回路两端时，其值减小ｐ倍；
解此联立方程可得：
V2 j C M I s 1 2 2 ( ) g j C C C M M j L j C M / g 2
2 2
2 1 0 2C M 1 j g ( ) g 2 0 0 j I s g (1 2 2 ) j 2
若要求负载与信号源内阻匹配，问变 压器线圈匝数比N1~3/N2~3应为何值? 解:先把RL折算到电容支路两端得到RL’
RL C1 C2 2 RL ' 2 ( ) RL 16 RL C1 p1
再把RL’折算到RS支路两端得到RL’’
N 2~3 2 N 2~3 2 ) R L ' 16 ( ) RL Rs RL ' ' p2 RL ' ( N 1~ 3 N 1~ 3
可见，在有信号源內阻和负载电阻情况下，为了对并联谐振 回路的影响小，需要应用阻抗变换电路。
n n
所以并联谐振回路希望用恒流源激励（内阻大）。
31
3. 匹配网络阻抗变换 （窄带）
L型匹配网络 常用网络结构 T型匹配网络 p型匹配网络
7
（一）简单LC并联谐振回路分析
固有串 联电阻 等效并 联阻抗
实际的并联谐振回路
等效的并联谐振回路
R 并联阻抗 r 串联电阻
1 L R r C
8
简单并联谐振回路的阻抗表达式为：
Z ( j )
1 1 1 j C R j L
R 0 1 j ( ) 0 L 0
24
结论：
（１）部分接入的电阻（或阻抗）折算到回路两端时， 其值增大 １／ｐ2倍，电导（或导纳）则减小ｐ2 倍； （２）部分接入的电压源折算到回路两端时，其值增大１／ｐ倍； （３）部分接入的电流源折算到回路两端时，其值减小ｐ倍；
第二章射频通信电路基础-1
第二章 射频通信电路基础
• 本章节介绍了射频通信电路中噪声、非线性以及 常用的微带传输线等各种元件的特性和工作原理。 包括：
1.噪声 限制了系统所能处理的最低信号电平 2.微带传输线 射频通路中的连线不再仅仅表示连接关系 3.S参数 无法准确测量电压电流时测量入射波和反射波 4.阻抗变换抑制反射实现匹配 5.元件 射频微波无源和有源元件 6.非线性 限制了系统所能处理的最高电平
2. 等效电路 串联—— 无噪电阻R串噪声电压源 Vn2
并联——无噪电阻R并噪声电流源
I
2 n
3. 有噪电阻的串并联
4. 额定噪声功率
NA B
条件: 匹配
NA
4kTRB 4R
kTB
与电阻R无关 与温度有关
2 双极型晶体管的噪声
1 . 基区电阻
rbb` 热噪声
V2 n,rbb
—— 白噪声
2. 散粒噪声——功率谱密度 S I 2qI0
N内 kTe BGP
GP B
2 等效噪声温度与噪声系数的关系
已知条件: 网络带宽 B、GP、Te
源端匹配 Pi 、T0
信号源输入噪声为：Ni kT0B
设网络为无噪，总输入噪声为 Ni总 k(T0 Te )B
总输出噪声为 No GPk(T0 Te )B
由噪声系数定义 F Pi / Ni
Te
Te1
Te2 AP1
Te3 AP1 AP2
结论：
1. 系统前级、特别是第一级的噪声系数对系统影响最大
2. 增大第一级的增益可以减少后级对系统噪声系数的影响
2. 2 传输线基本理论
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
• 本章节介绍了射频通信电路中噪声、非线性以及 常用的微带传输线等各种元件的特性和工作原理。 包括：
1.噪声 限制了系统所能处理的最低信号电平 2.微带传输线 射频通路中的连线不再仅仅表示连接关系 3.S参数 无法准确测量电压电流时测量入射波和反射波 4.阻抗变换抑制反射实现匹配 5.元件 射频微波无源和有源元件 6.非线性 限制了系统所能处理的最高电平
2. 等效电路 串联—— 无噪电阻R串噪声电压源 Vn2
并联——无噪电阻R并噪声电流源
I
2 n
3. 有噪电阻的串并联
4. 额定噪声功率
NA B
条件: 匹配
NA
4kTRB 4R
kTB
与电阻R无关 与温度有关
2 双极型晶体管的噪声
1 . 基区电阻
rbb` 热噪声
V2 n,rbb
—— 白噪声
2. 散粒噪声——功率谱密度 S I 2qI0
N内 kTe BGP
GP B
2 等效噪声温度与噪声系数的关系
已知条件: 网络带宽 B、GP、Te
源端匹配 Pi 、T0
信号源输入噪声为：Ni kT0B
设网络为无噪，总输入噪声为 Ni总 k(T0 Te )B
总输出噪声为 No GPk(T0 Te )B
由噪声系数定义 F Pi / Ni
Te
Te1
Te2 AP1
Te3 AP1 AP2
结论：
1. 系统前级、特别是第一级的噪声系数对系统影响最大
2. 增大第一级的增益可以减少后级对系统噪声系数的影响
2. 2 传输线基本理论
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
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