射频电路基础

R3R2 50 R3 R2 50

50
R3R1 50
V2


R3 R1 50
R3R1 50
R3 R1 50
R1

50 R1 50
V1
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R1 端口1
R2
R3
特性
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5
过渡（特征）频率与集电极电流的关系
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6
温度特性
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7
温度特性
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8
温度特性
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9
热等效电路
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10
大信号模型
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11
小信号混合模型
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12
小信号模型
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49
125
RT RL // RST 62.54
LLN

RS2
0L2
2L
16.2nH
CT包括了负载电容成分
QL

f0 BW
0RTC
RT XC
0.61
BW f0 1.63GHz QL
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37
不同匹配电路的频率响应
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38
T型和π型匹配网络
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43
（3）放大器的级联
当一级放大器的增益不够时，采用多级级联。要注意： • 每级间的匹配，频率响应
Z0
MN1
MN2
MN3
Vs
Z0
满足线性要求；
Pin=-2dBm
G1=9dB
G2=7dB
G3=4dB
Pout=18dBm
Pout1=7dBm Pout2=14dBm
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1、等效网络参数Z、S
i1
i2
外部等效参数：
变量：电压、电流
u1
等效电路
u2
参数：阻抗、导纳
uu21

z11i1 z21i1

z12i2 z22i2
uu12


z11

z21
z12 z22

ii12

z11

u1 i1
XT BC
RT
RA
RT2

X
2 T
RT2
RT2

X
2 T
XL

1 BC

RA1 BC XT
BC RT
XA
BC 9.2mS C BC / 0.73pF X L 76.9 L X L / 6.1nH
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匹配禁区、频率响应以及品质因素
i 20
z12

u1 i2
i10
z21

u2 i1
i 20
z22

u2 i2
i10
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22
Y参数
ii21

y11u1 y21u1

y12u2 y22u2
ii12



y11 y21
y12 y22

uu12

Y Z 1
射频电路基础
2003年10月
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1
第二部分 有源器件和微波放大器
一、微波有源器件 二、等效网络与S参数 三、匹配电路 四、微波放大器
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2
一、微波有源器件
1、高频BJT 2、MESFET 3、HEMT
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3
1、高频BJT
叉指结构
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4
BJT的偏置 和输入输出
13
2、MESFET
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14
转移和输出特性
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15
最大输出特性
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16
百度文库
电路模型
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17
小信号模型
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18
3、HEMT器件
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19
输出特性
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二、等效网络与S参数
1、等效网络参数 2、S参数 3、微波器件的S参数
匹配禁区：二个元件的L型匹配网络不能匹配任意阻抗， 要根据阻抗比决定。8种电路中二种以上可用。
频率响应：分为高通或低通，如图示。
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频率响应
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品质因素
有载品质因素： f=1GHz
QL

f0 BW
zL 1.6 j1.2
RST

RS2
0L2
RS
采用三元件的匹配电路，可以匹配任何阻抗值， 其分析方法、频率响应与两元件类似。
基本形式有二种T型或π型。
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T型和π型匹配网络
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3、微波放大器
（1）微波放大器的主要指标
• 增益及增益平坦度（dB） • 工作频率及带宽（单位：Hz） • 输出功率（单位：dBm） • 直流输入功率（单位：V和A） • 输入输出反射系数（VSWR） • 噪声系数（dB）
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放大器设计要点
频率特性与匹配特性； 输出功率； 噪声系数：LNA
器件的选择：频率、功率、增益、噪声。 匹配电路的设计（频率、匹配特性，线性电路） 线性设计，器件性能＋线性化（非线性电路） 噪声系数，器件性能＋噪声匹配（线性电路）
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（2）放大器的等效电路
匹配设计
（4）、放大器的输出功率与线性
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三阶交调与1dB压缩点的关系
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非线性的测量：交调特性
放大器的三阶交调：
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47
频谱扩散－非线性信道的影响
经过放大器后，噪声增加了，非线性产生频谱扩散，如图示。
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（5）微波功率合成技术
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Z
A
1
RT jBC
jX T
RT
jX
T


jX L

RA

jX A
ZT RT jX T Z A RA jX A
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RT RA1 BC XT X A X L BCRT XT RART BC 1 BC XT X A X L

Vn z0

z0 In
反射系数表示反射波除入射波 bn an
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S参数与Z参数的关系
an

2
1 z0
Vn

z0 I n

Vn z0 an bn
bn

2
1 z0
Vn

z0In
In
1 z0
an
bn
Pn

1 2
ReVn In
1 2
a10
注意：a1=0 或 a2=0 表示另一口没有反射波进入网络，即匹配条件。
S参数的优点：特别适合于计算微波的匹配问题，波长与电路长度相当； 因为在传输线上阻抗是变化的，而反射系数是不变的； 通常微波器件给出S参数。
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例
3dB衰减器
二端50Ω匹配
S11＝S22＝0
Zin

R1
an 2 bn 2
Vn
Vn
Vn

z0
I
n

z0
I
n
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S矩阵定义
bb12


S11 S21
S12 S22

aa12

S11

b1 a1
a 20
S12

b1 a2
a10
S21

b2 a1
a 20
S22

b2 a2
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分立元件匹配网络的8种电路结构
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例：设计L型匹配网络的解析方法
设发射机输出阻抗和天线输入阻抗为
ZT 150 j75 ZA 75 j15
采用LC匹配网络如图，匹配方法 是当接上ZT时，ZM＝ZA
ZM

1 ZT1
jBC

jX L
端口2
S21
V2 V1

1 2

0.707

S12
R1 R2
2 2
1 1
z0

8.58
R3 2 2z0 141.4
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Z参数与S参数的转换
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28
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29
S参数的测量
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2、阻抗匹配网络
zs
匹配电路
zL
z1
z2
当接入ZL时，Z1＝Zs 或接入Zs时，Z2＝ZL
y11

i1 u1
u20
y12

i1 u2
u10
y21

i2 u1
u20
y22

i2 u2
u10
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S参数
S参数的变量： 入射波、反射波 电路参数：反射系数
a1
等效电路
a2
b1
[S]
b2
入(反)射波表示入(反)射电压电流除特性阻抗的平方根
an

Vn z0

z0
I
n
bn