射频的技术基础

VLF（甚低频） 3～30kHz 100～10km
LF(低频）
30～300kHz 10～1km
MF(中频）
300～3000kHz 1～0.1km
HF(高频）
3～30MHz 100～10m
VHF(甚高频） 30～300MHz 10～1m
UHF(特高频） 300～3000MHz 100～10cm
SHF(超高频） 3～30GHz 10～1cm
*——《射频电路设计》，pp.15
61μH空心电感的阻抗
元件的射频性能
• 综上所述，在射频频段，与集总元件相比 较，元件特性已发生重大改变。射频技术 有其继承集总电路技术的一面，也有其独 特的新内容。
• 微波及更高频段的射频技术： 以分布元件为主要实现技术。例如：信号 耦合、分配等，滤波器实现等。
EHF(极高频） 30～300GHz 1～0.1cm
亚毫米波
300～3000GHz 1～0.1mm
P波段
0.23～1GHz 130～30cm
L波段
1～2GHz 30～15cm
S波段
2～4GHz 15～7.5cm
C波段
4～8GHz 7.5～3.75cm
X波段
8～12.5GHz 3.75～2.4cm
Ku波段
返回 “射频”
无线网络
无线链路
ຫໍສະໝຸດ Baidu中频
混频器
功率放大器
（上变频器）
混频器 低噪声放大器 （下变频器）
上行
前端
双工 器
天 线
空间信道
天 线
下行
前端
中频
元件的射频性能
• 集总概念 a)集总元件的基本条件 b)集总元件基本表述方法 如阻抗： 电阻 R＝R0 电感 XL＝ωL 电容 XC=1/ (ωC)
c)系统分析方法
2.相关研究基础
• FDD和TDD射频系统和天线阵列的研究开 发（863）
• 新型天线与分集技术（863） • 宽带射频与多天线实现技术（863） • 电磁场理论与微波技术（创新群体） • 其它(973, 电波测量、有源一体化天线等）
射频概念
• 射频？
常用无线频谱简介：
一般射频概念：
从中波到特赫兹 （IEEE频谱）
1 f
例：铜的电导率σ＝5.8×107 S/m
f(GHz)
δ (μm)
1
2.1
10
0.66
b)圆导线电阻的变化
R

RDC
a2 2a
元件的射频性能
2)寄生效应：
a) 电阻：
引线电阻及其等效模型
元件的射频性能
• 一个500Ω引线电阻实例的等效电阻特性*
引线是长2.5cm的 AWG26线(直径16mil, 或0.4064mm), 寄生电容C1=5pF, 寄生电感
<0.1λ0
元件的射频性能
• 元件的射频性能 a) 技术变化趋势：从集总元件到分布
元件。 b) 分析方法：路的理论到场理论。 射频正处于变化的临界点上。
• 重要的分布效应 1)趋肤效应： 当频率升高，电流趋向于导体表面的现象
即趋肤效应。
元件的射频性能
a)趋肤深度：电流下降到表面处1/e时的深
度。
本门课程所采用的方法
• 基本原理：课堂讲授为主。 • 课外阅读：围绕教学内容，阅读推荐文献；
自行检索并阅读数篇相关文献，总结并撰 文介绍相关新技术。 • 设计方法掌握：以课堂讲授为指引，通过 课后练习和仿真软件的使用掌握完整设计 方法。
主要教学参考用书：
• 射频电路设计－理论与应用
Reinhold Ludwig等著，王子宇等译，电子工业 出版社
• 特性：
L 1.54 (H)
f
<50MHz，理想电阻特性
50MHz~20GHz, 电容特性
>20GHz, 电感特性
*——《射频电路设计》，pp.11
500Ω引线电阻阻抗
元件的射频性能
b)电容：
元件的射频性能
• 一个47pF电容器的特性*
引线长度1.25cmAWG26铜线，介质为氧化铝，损
12.5～18GHz 2.4～1.67cm
K波段
18～26.5GHz 1.67～1.13cm
Ka波段
26.5～40GHz 1.13～0.75cm
毫米波
40～300GHz 7.5～1mm
亚毫米波 300～3000GHz 1～0.1mm
IEEE频谱
返回 “射频”
——《射频电路设计》
•从网络到射频前端的层次结构
举例：0402电阻
本课程的内容、方法、参考书
• 本门课程的内容：
•基础内容：传输线基础，S参数等网络参数概念， SMITH图及其应用，射频集总元件的特性； •阻抗变换技术；阻抗匹配电路； •混合接头与耦合器；谐振器与滤波器；天线技术简介； （在无源电路讲解过程中，顺便介绍全波仿真方法） • 射频链路分析方法和射频电路性能指标； •有源和无源器件； •小信号放大器；功率放大器； •混频器；振荡器和频综；控制电路等； •射频电路及系统EDA（如以ADS为基础）和射频电路及 系统测量方法； •总结（系统设计一般方法）及大作业说明；
数100MHz~数GHz，目前主要无线 业务频段，所谓“黄金频段”
广义射频概念：
无线通信发射频率 （链路框图）
本课程考虑一般射频频率作为基本工作条件，兼顾微波 毫米波射频电路技术。
Next
频段
频率
波长
ELF（极低频） 30～300Hz 10 000～1 000km
VF(音频）
300～3 000Hz 1 000～100km
耗正切0.01%.
• 特性 寄生电感
L 771(nH) f
引线电阻
R4.8 f ()
并联漏泄电阻 R33.9106 (M)
f
在约5GHz有一谐振点，小于谐振频率为电容特性，大于此频率为电感特性。
*——《射频电路设计》，pp.13
47pF电容器的阻抗
c)电感
元件的射频性能
元件的射频性能
• 一个电感实例 * 线圈由AWG36(0.127mm)铜线在0.1英寸空
气芯上绕3.5匝，长0.05英寸。
由空气螺旋电感公式得： Lr20N2 61.4(nH)
l
将寄生电容近似为平板电容得： C0.08(7pF ) 导线电阻： R0.03( 4)
在约2GHz处产生谐振，小于谐振频率为电感特性，大于 些频率为电容特性。另考虑趋肤效应，Q值变小约15倍。
射频技术
汤红军
毫米波国家重点实验室,李文正楼北624
－210,
内容
• 实验室专业基础介绍 • 射频概念 • 元件的射频性能 • 课程内容、授课方法、和教学参考书 • 考核办法
本实验室专业基础介绍－1
1.研究方向和软件、硬件条件
• 计算电磁学 • 射频技术 • 集成电路 • 实验室条件
本实验室专业基础介绍－2