常用通信无源器件基本知识培训

无源器件基本知识培训©2006CNTTR.AllRightsReserved.射频基本参数介绍射频基本参数介绍无源器件原理介绍无源器件原理介绍无源器件基本知识无源器件基本知识©2006CNTTR.AllRightsReserved.射频基本参数介绍射频基本参数介绍q热噪声介绍所有功耗（电阻性）单元都会产生热噪声或称Johnson噪声。这种噪声功率可以表达为PN＝KTB，单位为Watt（注：Pn与电阻阻值大小无关）。这里K=波尔兹曼常数，T是Kelvin表示的绝对温度，B是用以测量噪声功率的频带宽度。在室温下，1Hz频带宽度内产生的热噪声功率为：在理想的无其他噪声的系统里，热噪声决定了最低可检测信号电平。-174dBmmW057x10.410057.4)1Hz(294k)k/38.1(1821100023====---WPXXBNT）（焦耳©2006CNTTR.AllRightsReserved.射频基本参数介绍射频基本参数介绍q固有噪声电平以KTB定义的热噪声功率，和实际噪声功率电平之间的差别（以dB表示）叫做噪声系数。把它折算到电路或系统的输入端，噪声系数就为在线性有噪系统中，已算出了多种带宽内的固有噪声电平:噪声带宽总噪声功率=固有噪声电平（dB）带宽以输入端作参照以输出端作参照1Hz-174+NF-174+NF+Gain(dB)1KHz-144+NF-144+NF+Gain(dB)1MHz-114+NF-114+NF+Gain(dB)一个实际系统中，在没有互调失真的情况下，输入噪声系数决定了最低可检测的信号电平。)log(10)log(10KTBPNFNactualdB-=©2006CNTTR.AllRightsReserved.射频基本参数介绍射频基本参数介绍q功率/电平F是指放大器输出信号能量的能力，直放站的输出功率一般就是它的ALC电平宽。一般单位为w、mw、dBm。注：dBm是取1mw作基准值，以分贝表示的绝对功率电平。换算公式：电平（dBm）=10lg功率（mw）1（mw）5w10lg5000=37dBm10w10lg10000=40dBm20w10lg20000=43dBm从以上不难看出，功率每增加一倍，电平值增加3dBm。©2006CNTTR.AllRightsReserved.射频基本参数介绍射频基本参数介绍q增益þ是指放大器在线性工作状态下对信号的放大能力,即放大倍数，单位可表示为分贝（dB）。即：dB=10lgA（A为功率放大倍数）þ是指放大器在线性工作状态下对信号的放大能力。©2006CNTTR.AllRightsReserved.射频基本参数介绍射频基本参数介绍q插损当某一器件或部件接入传输电路后所增加的衰减，单位用dB表示。如果一个无源器件输出的信号是输入信号的1/100，试问该器件的插入损耗是多少？©2006CNTTR.AllRightsReserved.射频基本参数介绍射频基本参数介绍q带内波动是指在有效工作频带内最大和最小电平之间的差值。ff0Φ(b)相频特性ff0BW3dBBW40dBε(a)幅频特性q工作带宽器件应用中最高频率与最低频率的差值。©2006CNTTR.AllRightsReserved.射频基本参数介绍射频基本参数介绍q选择性（带外衰减）衡量工作频带内的增益及带外辐射的抑制能力。衰减越大，选择性越好。理想的滤波器的幅频特性应该是一个矩形。ff0Φ(b)相频特性ff0BW3dBBW40dBε(a)幅频特性©2006CNTTR.AllRightsReserved.射频基本参数介绍射频基本参数介绍q噪声系数噪声系数定义为系统输入信噪功率比（SNR0）与输出信噪功率比（SNR1）的比值。噪声系数表征了信号通过系统后，系统内部噪声造成信噪比恶化的程度。噪声系数越小越好。噪声系数、增益与输出线性属放大器的三个基本属性。噪声系数常用分贝表示：NF(dB)=10logF©2006CNTTR.AllRightsReserved.射频基本参数介绍射频基本参数介绍q线性线性通常用来度量放大器使信号形状失真的程度。通常要求放大器工作在线性工作环境中，即输入与输出的信号完全一样，只是工作幅度被放大或缩小。©2006CNTTR.AllRightsReserved.射频基本参数介绍射频基本参数介绍q互调þ互调是指非线性射频线路中，两个或多个频率混合后所产生的噪音信号。þ互调产生的本来并不存在“错误”信号，此信号会被系统误认为是真实的信号。þ互调可由有源元件（无线电设备、二极管）或无源元件（电缆、接头、天线、滤波器）引起。©2006CNTTR.AllRightsReserved.射频基本参数介绍射频基本参数介绍q互调（举例）频率A及B上的载波，产生如下互调信号：1阶：A，B2阶：（A+B），（A-B）3阶：（2A±B），（2B±A）4阶：（3A±B），（3B±A），（2A±2B）5阶：（4A±B），（4B±A），（3A±2B），（3B±2A）©2006CNTTR.AllRightsReserved.射频基本参数介绍射频基本参数介绍q三阶互调²三阶交调：是指等幅双音信号f1和f2输入放大器后，由于放大器的非线性而产生的2f1－f2和2f2－f1的杂散分量。²将频率为f1、f2的两载波输入放大器，从频谱仪上显示为下图：x1-x2即为三阶交调，单位是dBc。f1f22f1－f22f2－f1F(MHz)L(dBm)x1-x2(dBc)x1x2©2006CNTTR.AllRightsReserved.射频基本参数介绍射频基本参数介绍q互调失真对系统的影响þ较高功率的发射信号通常会混合产生互调信号，最后进入接收波段。þ而基站天线接收的信号通常功率较低。þ如果互调信号与实际的接收信号具有相近或较高的功率，系统会误把互调信号视为真实信号。©2006CNTTR.AllRightsReserved.射频基本参数介绍射频基本参数介绍q互调失真对系统的影响（举例）三阶互调失真信号（A=935MHz，B=960MHz)2A-B=1870-960=910MHz2B-A=1920-935=985MHzA及B代表GSM发射频率2A-B进入GSM接收波段，带来问题。五阶互调失真信号（A=935MHz，B=954MHz在中国移动GSM的下行频段内）3A-2B=2805-1908=897MHz（在中国移动GSM上行频段内）©2006CNTTR.AllRightsReserved.射频基本参数介绍射频基本参数介绍q互调产生的原因构件材料因为磁滞的关系，铁质材料是属非线性的材料不纯电镀问题接触区域/电流密度触点压力©2006CNTTR.AllRightsReserved.射频基本参数介绍射频基本参数介绍q隔离度本振或信号泄漏到其他端口的功率与原有功率之比，单位为dB。©2006CNTTR.AllRightsReserved.无源器件原理介绍无源器件原理介绍q工程用无源器件介绍©2006CNTTR.AllRightsReserved.无源器件原理介绍无源器件原理介绍q定向耦合器©2006CNTTR.AllRightsReserved.无源器件原理介绍无源器件原理介绍q定向耦合器定向耦合器必须掌握几个关键指标：Ø耦合度Ø插入损耗Ø隔离度Ø功率容量Ø工作频带©2006CNTTR.AllRightsReserved.无源器件原理介绍无源器件原理介绍q定向耦合器指标说明©2006CNTTR.AllRightsReserved.无源器件原理介绍无源器件原理介绍q功分器典型的二路功分器有微带（Wilkinson）和腔体（电抗）两种，二者各有优点，本说明阐述二者的区别：①腔体功分器和微带功分器的特点：腔体功分器是同轴结构，它将输入的50Ω阻抗变换为25Ω（使用内外导体的不同比率），25Ω阻抗可以良好的与两个输出50Ω的并联阻抗匹配。©2006CNTTR.AllRightsReserved.无源器件原理介绍无源器件原理介绍q功分器微带功分器通常用带状线结构设计，由一对1/4波长阻抗为70.7Ω的带状线组成，输出端口之间串联一个100Ω的电阻。②端口1（Port1）的输入（Tx）信号：在腔体功分器中,Port1的输入信号变换为25Ω，可以良好的与输出口Port2（50Ω）和Port3（50Ω）的并联阻抗匹配，使输入端口具有良好的驻波VSWR。在微带功分器中，信号平均分成等幅同相的两路Port2和3。因为在电阻的两端电压相同，没有电流通过电阻。1/4波长线的特性阻抗是70.7Ω（√2*50），当Port2和3接50Ω负载时，输入端具有良好的驻波VSWR。：©2006CNTTR.AllRightsReserved.无源器件原理介绍无源器件原理介绍q功分器③端口2（Port2）输入的Rx信号:在腔体功分器中，Port2的输入信号是失配的，信号的25%会被反射掉，25%将传到输出口Port3，50%将直接送到Port1，等效为Rx信号损耗3dB。在微带功分器中，Port2的信号为50Ω，是匹配的，但功率被负载电阻和Port1平均分配，电阻的作用是Ports2和3的退耦，同样Rx信号损耗有50%（3dB）。④插损是每个无线分布系统设计的天敌腔体功分器的内导体的材料用黄铜，表面镀银，外壳用铜或铝，用空气介质，可以认为是损耗最小的传输线（除超导），损耗通常为0.05dB或更小，但通常标为0.1dB，因为要测试这么小的插损非常困难。微带功分器采用微带板设计，具有固有的0.3到0.5dB的损耗，听起来并不大，但经过多个功分器的累积，结果是很大的。⑤系统的可靠性和安全性对微带功分器来说，如果一个电缆或天线损坏，可能造成功分器的开路或短路。但因为输出间有隔离，一个臂的问题不会影响到另一臂。而腔体功分器没有电阻可烧，所以一旦产生开路或短路，其可马上恢复正常工作。©2006CNTTR.AllRightsReserved.无源器件原理介绍无源器件原理介绍q功分器功分器必须掌握几个关键指标：Ø分配比Ø插入损耗Ø隔离度Ø功率容量Ø工作频带产品名称频率范围分配比插损隔离度功率容量驻波比二功分824~2500MHz3.0dB≤0.25dB≥20dB50W≤1.22三功分824~2500MHz4.8dB≤0.4dB≥20dB50W≤1.22四功分824~2500MHz6.0dB≤0.5dB≥20dB50W≤1.22©2006CNTTR.AllRightsReserved.无源器件原理介绍无源器件原理介绍q电桥电桥是个四端口网络，它的特性是两口输入、两口输出，两输入口相互隔离，两输出端口各输出输入口输入功率的50％，并且输出信号相位相差90度。为了方便与系统中其他子电路相连，在结构上端口2和3需要在同一方向，于是可将平行耦合线段相互错位。平行耦合线的长度应该设计在1/4导内波长，根据平行耦合线相互靠近的程度在端口2可以获得不同的耦合电平输出。对于耦合功率比为1：1的情况，直通口与耦合口等幅平衡输出，相位相差90度，此时称为3dB电桥。Pin1Pin2Pout1=1/2Pin1+1/2Pin2Pout2=1/2Pin1+1/2Pin2©2006CNTTR.AllRightsReserved.无源器件原理介绍无源器件原理介绍q电桥指标说明©2006CNTTR.AllRightsReserved.无源器件原理介绍无源器件原理介绍q合路器来自收发系统的多个信号源如GSM、CDMA、DCS等经过合路器合路输出。合路器至少有两个输入口和一个输出口，输入口分别用于不同频段信号的输入，可将多路输入信号合成后由输出口输出。它还具有相反工作模式，可将原合成信号输出端口用作信号输入端口，多个输入端口成为输出端口，将输入信号分离为相应频段的信号，由输出端口分别输出。因此，合路器又称为分路器。其结构特性如图所示。fnf1+…+fn……………f1合路器©2006CNTTR.AllRightsReserved.无源器件原理介绍无源器件原理介绍q合路器指标说明项目CDMAGSM联通频率范围8