射频通信电路-黄卡玛-射频电路基础

射频通信电路第二章射频电路基础2.1频带宽度表示法2.2分贝表示法2.3LC谐振电路的特性2.4品质因数2.5射频二极管2.6射频晶体管2.1频带宽度表示法2.1.1绝对带宽2.1.2相对带宽2.1.3窄带和宽带2.1.1绝对带宽HLBWHzff以频率作为单位表示的带宽是指绝对带宽。例如：射频放大电路的工作频率范围为1GHz—2GHz，则带宽为1GHzPAL制式的电视广播的图像信号带宽为6MHz2.1.2相对带宽百分比法定义为绝对带宽占中心频率的百分数倍数法（又称覆盖比法）定义为高端截止频率fH与低端截止频率fL的比值2.1.2相对带宽百分比法(无量纲)00100%100%HLffBWRBWff02HLfff2.1.2相对带宽倍数法(无量纲)HLfKf1020logHLfKdBf2.1.2相对带宽表2-1相对带宽的比较百分比法（%）19.5184066163196倍数法K1.011.11.21.5210100分贝值（dB）0.0860.831.583.526.022040百分比法：描述较小的相对带宽倍数法：描述较大的相对带宽2.2分贝表示法分贝通常是一个无量纲的比值，用来表示物理量相对值10dB10logOUTPINPGP20101020dBdB10log20logOUTOUTVPININVZVGGVVZ2.2分贝表示法绝对功率的分贝表示10dBm10log1mWPP表2-2使用dBm表示的一些典型功率值P0.01mW0.1mW1mW10mW100mW1WP(dBm)-20dBm-10dBm0dBm10dBm20dBm30dBm2.2分贝表示法绝对电压的分贝表示10dBμV20log1μVVV表2-3使用dBV表示的一些典型电压值V0.01V0.1V1V10V100V1mVV(dBV)-40dBV-20dBV0dBV20dBV40dBV60dBV2.2分贝表示法101150dBm10log107dBm1mWVVP在阻抗为50的射频系统中，0dBV的信号和-107dBm的信号具有相同的功率2.2分贝表示法例2-2：1）在Z0=50的射频系统中，13dBm的信号对应的电压是多少？；2）在Z0=600的射频系统中，2dBm的信号对应的电压是多少？解：根据(2.11)式可以计算得到电压分别为1）109010log5013120VdBV2）109010log6002120VdBV2.3LC谐振电路的特性2.3.1串联谐振电路谐振频率品质因数2.3.2并联谐振电路谐振频率品质因数2.3.1串联谐振电路11ZRjLRjLRjXjCC谐振条件X=001LC2.3.1串联谐振电路在谐振频率下，电感上的电压LV和电容上的电压CV分别为000011SLSCVVIjLjLRVVIjCjCR2.3.1串联谐振电路对于串联谐振电路，定义品质因数01LQRC引入谐振频率0可以更简洁地表示品质因数为00011LQRCR2.3.1串联谐振电路例2-3：串联谐振电路中，5R，100LnH，10CpF。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07111111159221010fMHzLC品质因数为20LCQR2）最大电流为max2VIIAR电感电压为0200LVIjLjV电容电压为01200CVIjVjC2.3.2并联谐振电路1111YjCjCGjBjLrrL谐振条件B=001LC2.3.2并联谐振电路表示并联谐振电路的品质因数为0000VrrQrCLVL0CQrL2.4品质因数2.4.1品质因数与带宽的关系2.4.2有载品质因数2.4.3电抗器件的品质因数2.4品质因数品质因数定义为：一个具有周期性储能的器件（或电路），在谐振频率下，一个周期内储存的能量与一个周期内损耗能量比值的倍。002storedstoredlosslossWWQWP2.4品质因数22000001111cos24TTLLEEtdtItLdtILTT222200022000111111cos2444TTCCCCIEEtdtVtCdtVCCILTTC2200122lossIPRIR0001LClossEELLQPRRC2.4.1品质因数与带宽的关系3dBHLBWff00003dBHLfQBW2.4.2有载品质因数如果包含了负载或信号源内阻的影响，谐振电路的品质因数为有载品质因数。如果只考虑谐振电路自身，则品质因数称为空载品质因数。RLCZ+VGIRLRG2.4.2有载品质因数001EEELQRRC0001LQRRC001LDEELQRRRRC0111LDEQQQ2.4.3电抗器件的品质因数器件的品质因数用来表示器件的损耗，品质因数越高损耗越小，器件越接近于理想器件。1CCXQRRCLLXLQRR0storedlossWQP2.5射频二极管2.5.1二极管模型2.5.2射频二极管分类2.5.1二极管模型ISVIV+-I1ATVnVSIVIe小信号分析V.S.大信号分析2.5.1二极管模型小信号模型Rd(V0)RSCd(V0)0dItIGvt0001SdVVjTTIIIdIGRdVnVnV2.5.1二极管模型大信号模型DVVVAIDRJ(VA)RSC(VA)2.5.2射频二极管分类1肖特基二极管2PIN二极管3变容二极管4雪崩二极管5隧道二极管6体效应管2.5.2射频二极管分类1肖特基二极管SchottkyDiodeN+型基底N型外延层金属接触SiO2SiO2肖特基结满足特定条件的金属与半导体接触形成肖特基结2.5.2射频二极管分类RdRSCdLSCg1肖特基二极管使用肖特基二极管取代普通的PN结型二极管，用于射频检波电路、调制和解调电路、混频电路等。2.5.2射频二极管分类2PIN二极管PINDiodeP+IN+RfLSLSRrCj直流偏置电压正偏置反偏置PIN对RF呈现低阻高阻2.5.2射频二极管分类2PIN二极管应用开关电路电调衰减器射频限幅电路移相电路2.5.2射频二极管分类2PIN二极管开关电路RFCPINRFCCCCRFINRFOUTVCVCRFOUTRFCCCCRFINPIN2.5.2射频二极管分类3变容二极管VaractorRpRSCJ反向偏置电压高低等效电容小大01JJSAdiffCCVV2.5.2射频二极管分类3变容二极管应用电调谐压控振荡电路混频脉冲产生电路2.5.2射频二极管分类4雪崩二极管n+IP+p雪崩击穿发生的位置负阻器件：射频信号发生电路优点：电路简单缺点：效率低2.5.2射频二极管分类4雪崩二极管IMPATTIMPactAvalancheandTransitTimeDiode2.5.2射频二极管分类5隧道二极管(TunnelDiode)VIVdiffVpIpbcdePN结二极管电流n+p+隧道二极管负阻器件：射频信号发生电路优点：电路简单缺点：效率低2.5.2射频二极管分类5体效应管(GunnDiode)一种半导体材料构成（无结）利用电子迁移率的变化构造负阻器件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)2.6.2射频晶体管的模型1.双极型三极管VBEVCEIBICVBEBEECVCEIBICIFIRaRIRaFIFDRDFEbers-Moll电路模型2.6.2射频晶体管的模型双极型三极管rCr0rErvCEEBCCgvrBr+-小信号电路模型2.6.2射频晶体管的模型2.场效应管IDGSGDGSDrDrSVGSVDSIDIGGDSCGSCGD2.6.2射频晶体管的模型2.场效应管rdrdsrsrgsviDSSGCgsCgdgmvirgCds小信号电路模型谢谢大家！