射频入门培训

射频电路系统入门培训教程刘李云培训目的•了解射频相关的一些概念；•了解整个射频系统组成；•了解组成射频系统的各个模块单元；•了解实际射频电路；•初步了解射频电路分析方法和工作内容；常用无线电波频段分布BandNo.名称频率范围波长范围应用2ELF30-300Hz10-1Mm3VF300-3000Hz1-0.1Mm4VLF3-30KHz100-10kmNavigation,sonar5LF30-300KHz10-1kmRadiobeacons,navigation6MF300-3000KHz1-0.1kmAMbroadcast,CoastGuard7HF3-30MHz100-10mTelephone,telegraph8VHF30-300MHz10-1mTV,FMbroadcast9UHF300-3000MHz100-10cmTV,Satellitelinks10SHF3-30GHz10-1cmRadar,Micerwavelinks11EHF30-300GHz1-0.1cmRadar,experimental12Decimillimeter300-3000GHz1-0.1mmPband0.23-1GHz130-30cmCT2,GSM900,ISM900Lband1-2GHz30-15cmGSM1800,DECT1900,DCS1800Sband2-4GHz15-7.5cmISM(WLAN)WCDMACband4-8GHz7.5-3.75cmVSAT,ISM(HyperLAN)Xband8-12.4GHz3.75-2.4cmDBSKuband12.5-18GHz2.4-1.67cmVSAT,DBSKband18-26.5GHz1.67-1.13cmKaband26.5-40GHz1.13-0.75cmDBSmmwve40-300GHz7.5-1mmmilitarysubmmwave300-3000GHz1-0.1mm3射頻电路常用基本单位mVVdBmVPPdBcWPdBWmWPdBmVVPPdBsignalcarriersignalsignalsignal1log20log101log101log10log20log101212dBmwatt01mW1010mW20100mW301W332W364W射频电路的设计方法与理论射频电路的设计方法：•场的方法—基于麦克斯韦方程的设计方法：电磁场数值方法，AnsoftHFSS、CST等等仿真软件•路的方法—基于基尔霍夫定律基本原理的设计方法：电路分析方法，MicrowaveOffice、ADS等等仿真软件射频电路基础理论：•传输线理论•微波网络理论射频系统组成单元•天线•天线开关•PA•LNA•滤波器•射频传输线：微带线、同轴线等等•混频器（mixer）•VCO•PLL•高频电容•高频电感•匹配网络射频系统框图PLLVCODACADC基带处理器单元下变频器上变频器LNA滤波器滤波器滤波器滤波器PA天线开关天线放大器放大器5357C0射频系统关键供电管脚内置PA供电DAC、ADC：IQ调制供电频率合成供电PLL供电4360射频系统关键供电管脚2.4G内置PA供电5G内置PA供电VCO、PLL供电VCO、PLL供电内置接收混频器供电内置接TX混频器供电天线•关键指标：–VSWR（电压驻波比）；–ReturnLoss；–Gain；–方向图；–带宽；–阻抗；–波瓣宽度；天线开关•关键指标–插损；–隔离度；–1dB压缩点；–控制逻辑：开关的控制逻辑要与主控相匹配；–响应时间；滤波器、开关、匹配电路滤波器天线开关滤波电路匹配网络PA•关键指标–输出功率；–Gain；–工作电压；–工作电流；–最大输入电平；–1dB压缩点；–Pdet电压范围；–2f，3f谐波分量；RTC6649ePAPA输出匹配电路和滤波电路本振滤波电路LNA•关键指标–Gain；–噪声系数；–最大输入电平；RTC5608、BFU730内置匹配LNA低噪声RF三极管高频电容－射频特性•一个电容器的高频等效电路如图所示，图中，电感L等效为引线电感，电阻Rs表示引线导体损耗，电阻Re表示介质损耗。•由图可见，电容器的引线电感将随着频率的升高而降低电容器的特性。如果引线电感与实际电容器的电容谐振，这将会产生一个串联谐振，使总电抗趋向为0。由于这个串联谐振产生一个很小的串联阻抗，所以非常适合在射频电路的耦合和去耦电路中应用。然而，当电路的工作频率高于串联谐振频率时，该电容器将表现为电感性而不是电容性。一个电容器的阻抗绝对值与频率的关系高频电感－射频特性•线圈通常时用导线在圆柱体上绕制而成，相邻位置线段间有分离的移动电荷，寄生电容的影响上升。如右图•一个电感器的高频等效电路如图所示，图中，电容Cs为等效分布电容，Rs为等效电感线圈电阻，Cs和Rs分别代表分布电容Cd和电阻Rd的综合效应。•从图可见，分布电容Cs与电感线圈并联，这也意味着，一定存在着某一频率，在该频率点线圈电感和分布电容产生并联谐振，使阻抗迅速增加。通常称这一谐振频率点为电感器的自谐振频率（SRF，SelfResonantFrequency）。当频率超过谐振频率点时，分布电容Cs的影响将成为主要因素，线圈的阻抗降低。高频电感的等效电路滤波器•关键指标–带外抑制；–带内插损；–带内平坦度；LC滤波电路传输线理论•双线传输线的特性阻抗•入射波、反射波•反射系数•Smith圆图•阻抗匹配常用反射损耗（RL）&电压驻波比（VSWR）对照表VSWR||ReturnLoss(dB)ReflectionPower(%)TransmissionPower(%)TransmissionLoss(dB)1.00.0000infinite0.000100.000.0001.10.047626.450.22799.7730.0101.20.090920.830.82699.1740.0361.22200.199.91.30.130417.701.70098.3000.0741.40.166715.562.77997.2210.1221.43151.50.200013.984.00096.0000.1771.90.310310.169.62990.3710.4401.921010902.00.33339.5411.1188.890.511infinite101000常见传输线实际结构图同轴线（coaxialcable）带状线（stripline）微带线（microstrip）缝隙传输线（slotline）共面波导（coplanarwaveguide）悬置微带线（suspendedmicrostrip）矩形波导（rectangularwaveguide）圆形波导（cylindricalwaveguide）翼片波导（finline）介质波导（dielectricwaveguide）光纤（opticalfiber)导体微带线——金属导体带条与接地板构成的传输线导体h介质材料t微带线基本设计参数•基板参数：介电常数、介质损耗角正切、基板高度和导线厚度•电特性参数：特性阻抗、工作频率、工作波长、波导波长和电长度•微带线参数：宽度、长度和单位长度衰减量低频电路端口以电压电流表示，对应网络参量-Z、Y参量射频电路端口以反射波入射波表示,对应网络参量-散射参量(S参数)微波网络理论2-PortNetworka1a2222121221211112221212212111122212122121111IzIzVIzIzVVyVyIVyVyIVhIhIVhIhV2-PortNetworkI1V1I2V2ZLb2b2ZsVg2212211122212122121111log20log20log20/log20SORLSIsolationSLossGainSIRLaSaSbaSaSbH参数Y参数Z参数S参数NetworkParametersfor2-portNetwork散射矩阵（S参数）[S]a1a2b2b1比如对一个二端口网络：b1=S11a1+S12a2b2=S21a1+S22a2[b]=[s][a]011112aabs012212aabs022221aabs021121aabsai、bi分别为输入、输出信号的振幅大小。S参数的意义(二)在RF-2000中：S11----回波损耗RL匹配负载a2=0PiPrS21----插入损耗T11lg20lg10)(sPPdbRirL21lg20lg10)(sPPdbTitPt匹配电路•匹配电路的概念•目的：获得最大功率传输获得最小系统噪声获得最佳频率响应获得最大功率容量等多种标准•应用：低噪声放大电路宽频带放大电路功率放大电路等射频电路中集总参数L形匹配电路ZinZLZLZLLCZinZLLCZinZLLCZinZLCCZinZLCCZinLLZinLLZinZLCL分立元件的8种电路结构SmithChart5+jx-jx+jb-jbr=0g=r=g=0频率、功率、阻抗频率：射频信号分析-频域；低频信号分析-时域傅立叶变换-沟通时间-频率的数学表达式功率：射频信号-功率；低频信号-电压、电流阻抗：射频电路-共轭匹配射频铁三角推荐阅读资料•《华为射频基础知识培训》•《射频与微波基礎-西电》•《微波基础知识-smith圆图》•《微波集成电路设计》