射频通信电路7_射频振荡器
射频电路工作原理
射频电路工作原理射频电路是指工作频率高于数十千赫兹的电路，广泛应用于通信、雷达、无线电等领域。
其工作原理主要包括射频信号的产生、放大、调制和传输等过程。
一、射频信号的产生射频信号的产生通常使用射频振荡器来实现。
射频振荡器是一种能够稳定产生特定频率的电路。
常见的射频振荡器有晶体振荡器、压控振荡器等。
晶体振荡器利用晶体的谐振特性来产生稳定的射频信号，而压控振荡器则通过改变电压来调节输出频率。
二、射频信号的放大射频信号通常需要经过放大器进行增强，以便能够传输到远距离。
射频放大器一般采用晶体管、场效应管等器件构成。
当射频信号经过放大器时，放大器会根据输入信号的强弱来调节输出信号的幅度。
三、射频信号的调制射频信号的调制是为了在信号传输过程中携带信息。
常见的调制方式有幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制（PM）等。
幅度调制是根据调制信号的幅度改变射频信号的幅度，频率调制是根据调制信号的频率改变射频信号的频率，相位调制则是根据调制信号的相位改变射频信号的相位。
四、射频信号的传输射频信号的传输通常使用天线来实现。
天线是将电信号转换为电磁波并进行辐射的设备。
射频信号经过天线辐射后，可以在空间中传播，被接收器接收到并解调还原为原始信号。
射频电路的工作原理可以简单地概括为信号的产生、放大、调制和传输过程。
在实际应用中，射频电路还可能包含滤波器、混频器、功率放大器、解调器等组件，以满足不同的要求。
例如，滤波器可以用来去除信号中的杂散频率成分，混频器可以将不同频率的信号进行转换，功率放大器可以增强信号的输出功率，解调器可以将调制过的信号还原为原始信号。
射频电路的工作原理是通过射频信号的产生、放大、调制和传输过程来实现信号的传输和处理。
在不同的应用领域中，射频电路扮演着重要的角色，为无线通信、雷达探测等提供了可靠的技术支持。
通过不断的研究和创新，射频电路的性能和可靠性将得到进一步提升，为人们的生活和工作带来更多便利和效益。
射频振荡器原理
射频振荡器原理
射频振荡器是一种能够产生高频信号的电路设计。
其原理主要基于正反馈回路和谐振电路。
射频振荡器的基本构成包括一个放大器、一个正反馈回路以及一个谐振电路。
首先，放大器起到的作用是将直流电源产生的电能转化为高频的交流信号。
这个交流信号的幅度和频率决定了最终输出的射频信号的强度和频率。
其次，正反馈回路是射频振荡器的核心部分。
它将一部分的输出信号反馈到放大器的输入端，形成一个闭环。
这个正反馈作用导致了放大器输出信号的幅度不断增加，进而使得射频振荡器能够维持稳定的输出。
最后，谐振电路是用来选择振荡器的工作频率的。
谐振电路由一个电感器和一个电容器组成，它们能够通过调整电感器和电容器的参数来选择所需的振荡频率。
通过这些基本的原理和组件的组合，射频振荡器可以产生稳定而可靠的高频信号。
这样的高频信号可以被广泛应用于无线通信、雷达、无线电设备等领域。
射频电路原理
射频电路原理1. 引言射频（Radio Frequency，简称RF）电路是指工作频率在无线电波段（一般为3kHz 到300GHz）的电子电路。
射频电路在现代通信系统、雷达、无线电和卫星通信等领域起着至关重要的作用。
本文将详细解释与射频电路原理相关的基本原理。
2. 射频电路基础知识2.1 常见射频波段射频波段按照工作频率可以分为若干个子波段，常见的射频波段包括： - 低频：3kHz - 300kHz - 中频：300kHz - 30MHz - 高频：30MHz - 300MHz - 超高频：300MHz - 3GHz - 极高频：3GHz - 30GHz - 毫米波：30GHz - 300GHz2.2 射频信号特点与低频信号相比，射频信号具有以下特点： - 高工作频率：由于工作在无线电波段，所以具有较高的工作频率。
- 多径传播：射频信号在传播过程中会经历多次反射、散射和绕射，导致多径传播效应。
- 多普勒效应：射频信号在移动通信等场景下，会由于发射源或接收器的运动而产生多普勒频移。
- 传输损耗：射频信号在空间传输过程中会受到路径损耗和自由空间衰减的影响，导致信号强度衰减。
2.3 射频电路元件常见的射频电路元件包括： - 电感器：用于实现阻抗匹配、滤波、谐振等功能。
- 电容器：用于实现阻抗匹配、耦合、滤波等功能。
- 变压器：用于实现阻抗变换、耦合等功能。
- 晶体管：常用的放大元件，可以实现放大和开关功能。
- 集成电路（IC）：集成了多个功能模块的射频电路芯片。
3. 射频信号特性3.1 幅度特性射频信号的幅度可以表示为功率或电压。
在射频系统中，常用dBm（分贝毫瓦）来表示功率级别，dBV（分贝伏特）来表示电压级别。
由于射频信号幅度较小，通常使用对数单位来表示。
3.2 相位特性射频信号的相位表示了信号在时间和空间上的变化情况。
相位可以用角度（度或弧度）表示，也可以用时间延迟来表示。
在射频电路中，相位差常用来描述信号之间的相对关系。
(最新整理)射频电路的主要元件及工作原理
2021/7/26
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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：
2021/7/26
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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
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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。
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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
• 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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射频电路的主要元件及工作原理
• 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
《射频通信电路》第8章 振荡电路 [兼容模式]
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Av j j 1 Arg( Av j j )1=3600
《射频通信电路》程知群
8.1.2 LC型振荡电路
3. 改进的电容三点式振荡电路
VCC
RFC R1
C3
T
T
C1
CB R2
R3
L C2
C3
C1 L
C2
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晶体管非线性 优点：电路简单 缺点：输出波形不好
《射频通信电路》程知群
8.1.1 振荡电路的工作条件
外稳幅类型
差分放大电路
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《射频通信电路》程知群
8.1.2 LC型振荡电路
2. 电容三点式振荡电路
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射频振荡器在通信电子领域的应用
射频振荡器在通信电子领域的应用射频振荡器是一种电子器件，它能够产生高频振荡信号，是现代通信电子领域中不可缺少的一部分。
射频振荡器是将直流电能转化为高频电信号的设备，广泛应用于无线通信、雷达、卫星通信、导航、无线电广播等多个领域，成为通信电子领域的核心技术之一。
一、射频振荡器的基本原理射频振荡器的基本原理是利用某些物理效应，如谐振、反馈等，产生射频振荡信号。
有多种不同的射频振荡器结构，比如LC振荡器、晶体振荡器、微波振荡器等。
它们的工作原理虽然略有不同，但都是基于一些基本原理。
其中，反馈和正反馈是射频振荡器产生振荡信号的核心原理。
二、射频振荡器的种类射频振荡器根据振荡频率和应用场景，可以分为多种类型。
其中比较常见的有：1. LC振荡器：这种振荡器是利用电感和电容构成LC谐振电路，通过调整电感和电容的数值来改变振荡频率。
LC振荡器的工作原理简单，但是受制于电感和电容的稳定性以及微调精度。
2. 晶体振荡器：晶体振荡器是利用晶体产生谐振的特性来产生振荡信号。
晶体振荡器的频率稳定度和精度较高，被广泛应用于无线电通信、雷达、卫星通信等领域。
3. 微波振荡器：微波振荡器可以产生高频、高精度的信号，应用于无线通信、雷达和卫星导航等领域。
其中，最为常见的微波振荡器是谐振腔类型的，它具有频率稳定度高、噪声低等特点，是无线通信等领域不可缺少的器件。
三、1. 无线通信：射频振荡器广泛应用于移动通信、卫星通信、无线电广播等领域。
移动通信中的手机、基站等设备都需要射频振荡器产生高频信号，以实现通信功能。
卫星通信中的卫星终端设备、天线等也需要利用射频振荡器产生信号进行通信。
2. 雷达：雷达是一种利用电磁波进行探测的装置，其中高频信号的产生离不开射频振荡器。
雷达的信号频率要求稳定度高、频率精度高，因此通常使用晶体振荡器或微波振荡器来产生信号。
3. 导航：射频振荡器应用于多种导航系统中，如GPS导航、北斗导航等。
这些系统中需要使用高精度的射频信号来实现定位和导航功能，因此射频振荡器成为系统中不可缺少的器件。
射频通信电路7_射频振荡器
R1
Rf=2Ri
+
v1
C1 C2
R2
v2
vi - A
Ri
Vout
蔡竟业 jycai@
F(jω) 1/3
R1 = R2 , C1 = C2
1 f0 = 2π RC
f0 f
反馈网络的转移特性曲线 平衡时 vi = 0 对v1同相放大，对v2反相放大 同相放大， 同相增益 反相增益
L X1 C1 C2 C3
2π LC 1 1 1 1 = + + C C1 C2 C3 C3 C1 , C2
f0 =
1
Clapp振荡器原理图 Clapp振荡器原理图
蔡竟业 jycai@
Clapp振荡器中 远小于C Clapp振荡器中C3远小于C1、C2，从而 振荡器中C 振荡频率主要取决于C 振荡频率主要取决于C3、L。而C1、C2决定 反馈系数，可以取值较大， 反馈系数，可以取值较大，电路振荡频率不 易受后级影响，振荡频率调整方便， 易受后级影响，振荡频率调整方便，因此为 实际电路较多采用。 实际电路较多采用。 • 负阻振荡器
1.放大电路; 2.反馈网络; 3.选频回路;4.电源. 1.放大电路 2.反馈网络 3.选频回路 电源 放大电路; 反馈网络; 选频回路;4.电源.
Vi + 合成器 V4 V2 Ad 放大器 V3
V2 = Vi − V4 , V4 = β V3 , V3 = AdV2 Vout V3 Ad ∴V3 = Vi , = = = Al 1 + β Ad Vi Vi 1 + β Ad
Vout R f = +1 = 3 v1 Ri Vout R f = +1 = 3 v2 Ri
射频通信电路：第四讲 射频收发机结构
LO
0
ωIF
RF信号1 ωRF1 = ωLO + ωIF
RF信号2 ωRF 2 = ωLO − ωIF
经过混频器之后，下变频分量为： cos (ωRF − ωLO )t
此时得到的中心频率都为
如果信号1为有用信号，信号2为干扰信号，两者同时 存在于混频器前端时，信号2对信号1产生镜像干扰
镜像干扰解决方法-前端滤波器
ωIF ωIF
混频器前端 滤波器
RF, IM
0
ωIM ωLO ωRF
IF
f
LO
0
ωIF
镜像抑制问题的解决办法之一是在混频器之前加带 通滤波器，选出有用信号，滤除其对应的镜像干扰 信号
但射频前级滤波器Q值无法提高，抑制效果一般
镜像干扰解决方法-提高中频
ωIF ωIF
0
ωIM ωLO ωRF
镜像信号与有用信号相差两倍的中频 提高中频可以使得镜像信号远离有用信号，前级滤
Channel Select Filter I
LO LO -900
PGA Q Q-900 Q’
ADC &
DSP
I (t) =
ARF 2
Cos (ωRF
− ωLO ) t +
AIM 2
Cos (ωLO
− ωIM
幅 度
频率
广泛使用与1920年之前 受当时电子器件限制，工作频率都不高 晶体接收机、再生接收机、调谐式接收机等 存在工作频率不高、灵敏度低、频率选择性差
等严重问题
超外差式接收机 Super Heterodyne Receiver
RF
固定中频滤波器
振荡器频率扫描 LO
1913年，美国无线电工程师阿姆斯特朗发明了 超外差电路
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2π LC 1 1 1 1 = + + C C1 C2 C3 C3 C1 , C2
f0 =
1
Clapp振荡器原理图 Clapp振荡器原理图
蔡竟业 jycai@
Clapp振荡器中 远小于C Clapp振荡器中C3远小于C1、C2，从而 振荡器中C 振荡频率主要取决于C 振荡频率主要取决于C3、L。而C1、C2决定 反馈系数，可以取值较大， 反馈系数，可以取值较大，电路振荡频率不 易受后级影响，振荡频率调整方便， 易受后级影响，振荡频率调整方便，因此为 实际电路较多采用。 实际电路较多采用。 • 负阻振荡器
蔡竟业 jycai@
反馈网络 β
Ad
Al：闭环电路增益 T：开环电路增益 若对某个频率: 若对某个频率: βAd=-1,
Vout V3 Ad Al = = = Vi Vi 1 + β Ad
Vout V3 Ad = = = Al Vi Vi 1 + β Ad
β Ad = T
→∞
蔡竟业 jycai@
振荡器的频率调整主要靠改变L 振荡器的频率调整主要靠改变L1、L2的 电感量。 电感量。由于后接放大器通常输入端为容 性负载，因此振荡频率易受负载的影响。 性负载，因此振荡频率易受负载的影响。 •Copitts振荡器（电容三端） Copitts振荡器 电容三端） 振荡器（
一个电子系统中往往需要多个的频率信号
振荡? 两个状态或两个条件之间的周期变动。 振荡? 两个状态或两个条件之间的周期变动。 振荡器按工作原理可分为两大类: 振荡器按工作原理可分为两大类:
1. 反馈型振荡器 2. 负阻型振荡器
蔡竟业 jycai@
&7.1 反馈型振荡器 •基本组成
蔡竟业 jycai@
•Hartley振荡器（电感三端振荡器） Hartley振荡器 电感三端振荡器） 振荡器（
C1
f0 = 1 2π LC
Vcc R1 L∞ C2 C3 R2 L2 L1 C1
L = L1 + L2
L2 L1 C = C1
Hartley振荡器原理 Hartley振荡器原理/电路图 振荡器原理/
• 互感LC振荡器 互感LC振荡器 V
cc
Rb1
C C∞
C∞
等效 振荡回路
Rb2
Re
C∞
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利用互感提供反馈，应注意互感的同 利用互感提供反馈， 名端。共发电路为反相放大， 名端。共发电路为反相放大，则反馈应倒 相才能构成正反馈。共基电路为同相放大， 相才能构成正反馈。共基电路为同相放大， 则反馈应同相才能构成正反馈。 则反馈应同相才能构成正反馈。 多用于收音机作外差本振，工作频率 多用于收音机作外差本振， 也不高，信号稳定度也较差。 也不高，信号稳定度也较差。 实际制作调谐放大器时， 特别小心， 实际制作调谐放大器时，应特别小心， 避免信号因电路排版或空间辐射引起回授， 避免信号因电路排版或空间辐射引起回授， 从而导致寄生振荡产生。 从而导致寄生振荡产生。
蔡竟业 jycai@
L R1
2π LC 1 1 1 = + C2 C C C 1 2 f0 = 1
Vcc L∞
C1
C3
R2
C2 C1
L
Copitts 振荡器原理/电路图 振荡器原理/
蔡竟业 jycai@
Copitts振荡器反馈系数取决于 Copitts振荡器反馈系数取决于C1、C2 振荡器反馈系数取决于C 的比值。当振荡频率较高时， 的比值。当振荡频率较高时，改变频率要变 C1、C2，会影响反馈比。 会影响反馈比。 •Clapp振荡器（改进的Copitts振荡器） Clapp振荡器 改进的Copitts振荡器 振荡器（ 振荡器）
电路将自激振荡，不需要外部输入信号。 电路将自激振荡，不需要外部输入信号。 电路要想维持振荡，反馈环路的净增 电路要想维持振荡， 益必须大于或等于1 益必须大于或等于1，环路中信号的净相 移必须是360°的正整数倍（正反馈）。 移必须是360°的正整数倍（正反馈）。 T(jω)=T(jω)=-1→Al (jω) =∞
超 前 滞 后 网 络源自R1Rf=2Ri+
v1
C1 C2
R2
v2
vi - A
Ri
Vout
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F(jω) 1/3
R1 = R2 , C1 = C2
1 f0 = 2π RC
f0 f
反馈网络的转移特性曲线 平衡时 vi = 0 对v1同相放大，对v2反相放大 同相放大， 同相增益 反相增益
1.放大电路; 2.反馈网络; 3.选频回路;4.电源. 1.放大电路 2.反馈网络 3.选频回路 电源 放大电路; 反馈网络; 选频回路;4.电源.
Vi + 合成器 V4 V2 Ad 放大器 V3
V2 = Vi − V4 , V4 = β V3 , V3 = AdV2 Vout V3 Ad ∴V3 = Vi , = = = Al 1 + β Ad Vi Vi 1 + β Ad
Vout R f = +1 = 3 v1 Ri Vout R f = +1 = 3 v2 Ri
蔡竟业 jycai@
Rf、Ri提供负反馈, 超前/滞后网络提供正反馈 提供负反馈, 超前/
开环增益
1 T ( jω ) = × 3 = 1 3
应用在5K~1MHz工作频率 应用在5K~1MHz工作频率,常用作低频 工作频率, 信号发生器，信号稳定度极差 极差！ 信号发生器，信号稳定度极差！
• Barkhause准则 Barkhause准则
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起振条件 |T(jω)|>1 开环增益越大越易起振. 开环增益越大越易起振.
• 振荡器的稳定条件 振荡器的稳定条件
由于振荡器是正反馈，因此起振之初， 由于振荡器是正反馈，因此起振之初， 输出信号势必越来越大， 输出信号势必越来越大，信号最终稳定必 须满足幅度和相位两个方面的稳定条件。 须满足幅度和相位两个方面的稳定条件。
蔡竟业 jycai@
&7.2 振荡器主要性能指标
1.工作频率 ωo 1.工作频率 2.输出电平（功率） 2.输出电平 功率） 输出电平（ 3.频率准确度 3.频率准确度 ω 常用相对频偏来衡量 ω 1PPm (e-6)
0
1MHz = f 0 → f = 1Hz 100 MHz = f 0 → f = 100 Hz
•负阻振荡器特点 a.工作频率较高(可达100GHz以上); a.工作频率较高 可达100GHz以上 工作频率较高( 以上); b.电路形式简单; b.电路形式简单 电路形式简单; c.设计难度较高. c.设计难度较高 设计难度较高. 常见负阻振荡器： 常见负阻振荡器： 微带振荡器，介质腔体振荡器，YIG振 微带振荡器，介质腔体振荡器，YIG振 荡器， 荡器，耿氏二极管振荡器等
∂ϕT (ω o ) <0 ∂ω ω =ωo
Barkhause幅度和相位稳定条件确立， Barkhause幅度和相位稳定条件确立， 幅度和相位稳定条件确立 对幅度而言，低于稳定点为正反馈， 对幅度而言，低于稳定点为正反馈，超过稳 定点为负反馈。 定点为负反馈。 • 反馈型振荡器设计要点: 反馈型振荡器设计要点: 1. 合适的放大器(可变增益) 合适的放大器(可变增益) 2.正反馈支路(等效) 2.正反馈支路 等效) 正反馈支路( 3.选频网络 3.选频网络 4.负斜率相频特性. 4.负斜率相频特性 负斜率相频特性.
第七章 射频振荡器 书中第七章) (书中第七章)
电子科技大学 蔡竟业
蔡竟业 jycai@
射频/微波/ 射频/微波/毫米波振荡器是电子系统中必不可 少的部件。 少的部件。 1. 提供通信/雷达等电子系统的载波或变频; 提供通信/雷达等电子系统的载波或变频; 2. 提供系统时钟; 提供系统时钟; 3. 系统同步。 系统同步。
一 、振幅稳定条件 稳定时 |T(jω)|=1 且为了确保v 且为了确保vo幅值不变还应有
∂T ( jω o ) <0 ∂vi 稳定点
|T(jω)|
1
稳定点 i 蔡竟业 jycai@
v
二、 相位稳定条件
ϕT (ω0 ) = ϕ A (ω0 ) + ϕ F (ω0 ) = 2nπ
Hartley振荡器工作特性主要由电感抽头 Hartley振荡器工作特性主要由电感抽头 的比值）决定。反馈能量太小， （L1 L2的比值）决定。反馈能量太小，不易 振荡，反馈能量太大，晶体管要饱和， 振荡，反馈能量太大，晶体管要饱和，回路 品质因数下降，影响频率稳定度。 品质因数下降，影响频率稳定度
蔡竟业 jycai@
&7.4 射频振荡器设计
• 低相位噪声设计
振荡器的主要设计目标之一就是低相位噪声。 振荡器的主要设计目标之一就是低相位噪声。 对三端振荡器输出信号的相位噪声为
fo 1 + 2QL ∆f 欲降低相位噪声，则须提高QL。除要求振荡回 欲降低相位噪声，则须提高 提高Q 路元件空载品质因数尽可能高之外， 路元件空载品质因数尽可能高之外，电路设计的原 则是尽可能的减小放大器对振荡回路引入的损耗。 则是尽可能的减小放大器对振荡回路引入的损耗。 设计中应使放大器始终工作在线性放大区间 线性放大区间， 设计中应使放大器始终工作在线性放大区间， 不能出现饱和状态。当用单管放大器， 不能出现饱和状态。当用单管放大器，则应尽可 能减小bc结跨导的影响 结跨导的影响。 能减小bc结跨导的影响。 4kTRs F Sϕ (∆f ) = Vs 2
4.频率稳定度 4.频率稳定度 时域： 时域：主要用于阿伦方差表征 频域： 频域：相位噪声 5.失真度 5.失真度 谐波、杂散大小. 谐波、杂散大小.
蔡竟业 jycai@