射频电路的无源元件及其等效电路
射频电路中无源器件特性
无源器件特性1.高频电阻低频电子学中最普通的电路元件就是电阻，它的作用是通过将一些电能装化成热能来达到电压降低的目的。
电阻的高频等效电路如图所示，其中两个电感L模拟电阻两端的引线的寄生电感，同时还必须根据实际引线的结构考虑电容效应；用电容C模拟电荷分离效应。
电阻等效电路表示法根据电阻的等效电路图，可以方便的计算出整个电阻的阻抗：下图描绘了电阻的阻抗绝对值与频率的关系，正像看到的那样，低频时电阻的阻抗是R，然而当频率升高并超过一定值时，寄生电容的影响成为主要的，它引起电阻阻抗的下降。
当频率继续升高时，由于引线电感的影响，总的阻抗上升，引线电感在很高的频率下代表一个开路线或无限大阻抗。
一个典型的1KΩ电阻阻抗绝对值与频率的关系2.高频电容片状电容在射频电路中的应用十分广泛，它可以用于滤波器调频、匹配网络、晶体管的偏置等很多电路中，因此很有必要了解它们的高频特性。
电容的高频等效电路如图所示，其中L为引线的寄生电感；描述引线导体损耗用一个串联的等效电阻R1；描述介质损耗用一个并联的电阻R2。
电容等效电路表示法同样可以得到一个典型的电容器的阻抗绝对值与频率的关系。
如下图所示，由于存在介质损耗和有限长的引线，电容显示出与电阻同样的谐振特性。
一个典型的1pF电容阻抗绝对值与频率的关系3.高频电感电感的应用相对于电阻和电容来说较少，它主要用于晶体管的偏置网络或滤波器中。
电感通常由导线在圆导体柱上绕制而成，因此电感除了考虑本身的感性特征，还需要考虑导线的电阻以及相邻线圈之间的分布电容。
电感的等效电路模型如下图所示，寄生旁路电容C 和串联电阻R分别由分布电容和电阻带来的综合效应。
高频电感的等效电路与电阻和电容相同，电感的高频特性同样与理想电感的预期特性不同，如下图所示：首先，当频率接近谐振点时，高频电感的阻抗迅速提高；第二，当频率继续提高时，寄生电容C的影响成为主要的，线圈阻抗逐渐降低。
电感阻抗绝对值与频率的关系总之，在高频电路中，导线连同基本的电阻、电容和电感这些基本的无源器件的性能明显与理想元件特征不同。
射频天线的等效电路
射频天线的等效电路
射频天线的等效电路是指将射频天线系统中的各个部分用一组等效的电路元件来表示，以便于分析、设计和优化天线性能。
射频天线的等效电路主要包括以下几个部分：
1. 辐射电阻（Rrad）：辐射电阻表示天线辐射能量的能力，它与天线的长度、形状和材质等因素有关。
2. 串联谐振电路（L和C）：天线系统中通常存在多个谐振电路，它们影响着天线的频率响应和匹配性能。
串联谐振电路由电感（L）和电容（C）组成，它们共同决定了谐振频率。
3. 并联谐振电路（L和C）：并联谐振电路同样由电感（L）和电容（C）组成，但它们的影响因素和串联谐振电路相反。
并联谐振电路主要影响天线的带宽和阻抗匹配。
4. 输入阻抗（Zin）：输入阻抗表示天线系统对输入信号的阻抗匹配程度。
它受到天线结构、馈线长度和材质等因素的影响。
5. 输出阻抗（Zout）：输出阻抗表示天线系统对外部负载的阻抗匹配程度。
一般情况下，天线系统希望输出阻抗越低，匹配性能越好。
6. 反射系数（S11和S21）：反射系数表示天线系统对输入信号的反射程度。
通过测量反射系数，可以了解天线系统的匹配性能和性能优劣。
在实际应用中，射频天线的等效电路可以通过计算机辅助设计（CAD）软件（如
Ansys HFSS、CST等）进行仿真和优化，以达到设计要求。
通过等效电路法，设计师可以更方便地分析和调整天线系统的性能，缩短设计周期，降低设计成本。
微波电子线路第三章 无源器件介绍
图5.24 三节微带分支线耦合器
180º 混合环
混合接头是一种四端口网络，它的两个输出端口之 间具有180º 相移，也可以运行在输出同相位状态。加到1端 口的信号，将被均等地在端口2和3剖分为两个同相分量， 端口4降为隔离端口。如输入信号从4端口送入，它将被等 分为两根具有180º 相位差的分量在端口2和3输出，端口1为 隔离端口。当用作功率合成时，将输入信号加在端口2和3， 在端口1形成输入信号之和，在端口4形成它们之差。因此 端口1和4对应地称为和、差端口。
0 j 1 0 j 0 0 1 1 S 2 1 0 0 j 0 1 j 0
分支线电桥
1到4端口由顺时针和逆时针两条传输 路线，路程差为λ/2，各段传输线的特 性阻抗，使两路信号的幅度相等，则可 以相互抵消，4端口无输出（隔离端）。 到达3端口的两路路程相等，为耦合端， 设置各段传输线阻抗，可调节耦合度
滤波器的主要指标
3、带宽 对于带通滤波器不同的衰减量对应于不同的带宽， 常用的有3 dB带宽，其定义为通带内幅度衰减为3 dB 的上下边带之差,60 dB带宽定义为通带内幅度衰减为 60 dB的上下边带之差：
BW3dB f U3dB f L3dB
BW60dB f U60dB f L60dB
射频微波电路中分布式电感电容的作用 缝隙电容可用于耦合（传输射频信号）和 隔直（隔离直流信号）
电阻电感电容
射频微波电路中分布式电感电容的作用 去耦和旁路
滤波器的主要指标
1、通带插入损耗： 理想的滤波器不应对通带内的信号引入损耗，然而实际的电路 中总是会引入一定的功率损耗，称为插入损耗。其定义为信号源 输入功率与负载得到的功率之比：
射频电容等效电路
射频电容等效电路射频电容是电子电路中常用的元件之一，它在射频电路中起到了重要的作用。
本文将介绍射频电容的等效电路模型以及其在射频电路中的应用。
一、射频电容的等效电路模型射频电容的等效电路模型主要包括电容的等效串联电阻和等效并联电阻。
等效串联电阻主要是由电容器内部材料的电阻引起的，这部分电阻对交流信号产生了阻碍作用。
等效并联电阻主要是由电容器的引线电阻、接触电阻和电容板等因素引起的。
在射频电路中，等效并联电阻对信号的耦合和衰减起到了重要的作用。
二、射频电容的应用1. 射频滤波器：射频电容常被用于射频滤波器中，用于滤除特定频率范围内的噪声和干扰信号，从而保证射频电路的正常工作。
2. 射频耦合：射频电容可以用于射频电路中的耦合电容，将信号从一个电路传递到另一个电路，实现不同电路之间的能量传递和信号传输。
3. 射频匹配：射频电容常被用于射频匹配网络中，通过调整电容值来实现射频电路的阻抗匹配，提高信号传输的效率。
4. 射频放大器：射频电容可以用于射频放大器中，作为耦合电容和旁路电容，对射频信号进行放大和传输。
5. 射频天线：射频电容常被用于射频天线中，用于调整天线的阻抗匹配，提高信号传输的效率。
三、射频电容的选取和使用注意事项1. 高频特性：射频电容在高频范围内的特性非常重要，包括电容值、损耗因子、Q值等。
在选取射频电容时，需要考虑其高频特性，确保其在射频电路中正常工作。
2. 封装和尺寸：射频电容的封装和尺寸也是需要考虑的因素。
不同尺寸的射频电容适用于不同的射频电路，需要根据实际需求选取合适的尺寸。
3. 温度特性：射频电容的温度特性也需要考虑。
在高温环境下，射频电容的性能可能发生变化，因此需要选择能够适应高温环境的射频电容。
4. 阻抗匹配：在射频电路中，射频电容的阻抗匹配非常重要。
需要根据实际需求选择合适的射频电容进行阻抗匹配，以确保信号传输的效率和质量。
射频电容是射频电路中不可或缺的元件之一，它具有重要的作用。
射频集成电路设计基础(复习2)
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– RLC 并联谐振电路 1 附近，即 1 1 , 在谐振频率 ω = ----------电路导纳为 Y = -- + j ω C + --------0 R jωL LC ω = ω 0 + ∆ω 处， j j 1 ------1 ------1 Y ( ω ) = --+ ( ω 2 LC – 1 ) = --+ ( 2 ∆ωω 0 + ∆ω 2 ) LC ≈ -- + j 2 C ∆ω R ωL R ωL R
d V(z) dz d jωC ⋅ V(z) = – I(z) dz jωL ⋅ I(z) = –
d V ( z ) + ω 2 LCV ( z ) = 0 dz2 d 2V(z) = 0 V ( z ) β + dz2
2
2
β 2 = ω 2 LC
毫不奇怪，我们得到的仍然是波动方程 V ( z ) = Ae –j β z + Be j β z β I ( z ) = ------- [ Ae –j β z – Be j β z ] ωL V(z) 所含的两项分别为入射波和反射波， A 和 B 是它们在 z=0 时的值，而
µ --- -- ln D π a πε --------------------ln ( D ⁄ a )
µ- b ----- ln -2 π a 2 πε ------------------ln ( b ⁄ a )
µ h -----w ε w -----h
(最新整理)射频电路的主要元件及工作原理
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射频电路的主要元件及工作原理
• MT6129系列采用非常低中频结构（与零中频相比，能够改 善阻塞抑制、AM抑制、邻道选择性，不需DC偏移校正，对 SAW FILTER共模平衡的要求降低），采用镜像抑制（35dB 抑制比）混频滤波下变频到IF，第1中频频率为：GSM 200KHZ，DCS/PCS 100KHZ。第1IF信号通过镜像抑制滤 波器和PGA（每步2dB共78dB动态范围）进行滤波放大，经 第2混频器下变频到基带IQ信号，频率为67.708KHz。
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手机通用的接收与发射流程
3、射频电路原理框图：
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二、射频电路的主要元件及工作原理
天线：ANT 声表面滤波器：SAWfilter 低噪声放大器：LNA 功放：PA
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1、天线、匹配网络、射频连接器： • 天线（E600）：作用是将高频电磁波转化为高频信号电流。
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射频电路的主要元件及工作原理
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射频电路的主要元件及工作原理
• 3）、频率合成器（Frequency Synthesizer）： • 将一个或多个基准频率信号变换为另一个或多个所需频率信
号的技术称为频率合成，或频率综合技术。移动电话通常使 用的是带锁相环的频率合成器，原理框图见下：
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射频电路的主要元件及工作原理
• 低通滤波器滤掉鉴相器输出的高频成分，以防止高频谐波对 VCO 电路的影响。在鉴相器中，参考信号与VCO 分频后的 信号进行比较。
• VCO 是一个电压一频率转换装置，它将电压的变化(鉴相器 输出电压的变化)转化为频率的变化。VCO 输出的信号通常 是一路到其他功能电路；另一路回到分频器作取样信号
13 无源元件的射频特性.
图1.3.9 二端陶瓷元件的等效电路
图1.3.10 二端陶瓷元件等效阻抗的频率特性
3．三端陶瓷元件 三端陶瓷元件的结构与符号如图1.3.11所示，由两片 陶瓷片A和B用导电胶粘合起来，由粘合面引出的端子 作为公共端，而由另两面引出的端子分别作为输入端 和输出端， 输入信号u加在A片上，它将电能转换成机械能，并产 生机械振动。机械振动通过粘合面传到B片上，又将机 械能转换成电能，输出给外接负载RL。同样，当信号 频率与陶瓷片固有的机械振动频率相等时，形成共振。 共振状态可形成强的电流，提供最大的电流到外部电 路。在共振的条件下，输出和输入信号间可能是同相 位，也可能有180°的相位差，与A、B陶瓷片的粘合 面有关。
石英晶体谐振器的等效电路如图1.3.7（a）所示，石英 晶体谐振器的符号如图1.3.7（b）所示。 图中，Lq为动态电感（等效电感）；Cq为动态电容；rq 为动态电阻；C0为晶片与金属极板构成的静态电容。
图1.3.7 石பைடு நூலகம்晶体谐振器的等效电路和符号
石英晶体谐振器的等效电感Lq非常大，而Cq和rq都非常 小，所以石英晶体谐振器具有非常高的Q值，其Q值为
1 j C0 1 j C0
Lq (1 1/ 2 Lq Cq )
Cq C0 Lq 1 1/ Lq Cq C0 2 s2 p 1 2 1 2
（1.3.5）
图1.3.8 石英晶体谐振器的阻抗特性
1.3.5 压电陶瓷元件的射频特性
采用压电陶瓷材料（如铁钛酸铅）构成的压电陶瓷元 件有压电陶瓷谐振器、压电陶瓷滤波器等。它们在射 频电路的振荡槽路、选频网络、滤波等电路中应用， 具有频率稳定性好，选频特性尖锐和调试简单等优点。 通常将压电陶瓷材料做成片状，在其两面涂以银层， 作为电极，构成压电陶瓷元件。 1．压电陶瓷元件的压电效应 压电陶瓷材料具有压电效应，即能将机械的作用力转 换成电效应，也能将电的作用转换成机械效应。
无源元件在射频领域中的应用研究
无源元件在射频领域中的应用研究一、引言射频（Radio frequency）是指在无线电通信、雷达探测、无线电测量等方面，使用的频率范围通常在300kHz至300GHz之间的电磁波。
在这个频率范围内，无源元件是射频电路设计中必不可少的组成部分之一。
无源元件是指电子元件中没有能源输入的部分，比如电阻器、电容器和电感器等。
在射频电路中，无源元件用于传输信号、滤波、匹配网络等。
二、射频电路中的无源元件1. 电容器电容器是一种被动组件，其特点是能够在两个不同的电极之间存储电荷。
在射频电路中，电容器被用于模拟电场，并且不会吸收信号能量。
电容器被广泛应用于射频振荡器、滤波器和耦合器等电路中。
2. 电感器电感器是一种用于存储磁场能量的被动元件，其特性是阻止电流急剧变化。
在射频电路中，电感器被用于模拟磁场，并且不会吸收信号能量。
电感器被广泛应用于射频振荡器、滤波器和耦合器等电路中。
3. 电阻器电阻器是一种用于限制电流流动的被动元件，其特性是将电流转化为热。
在射频电路中，电阻器被用于减少噪声，同时还可以控制信号幅度。
电阻器被广泛应用于射频放大器和放大器的反馈回路中。
4. 晶体二极管晶体二极管也是一种被动元件，它具有开关特性。
在射频电路中，晶体二极管被用于切换信号，在数字电路、频率倍增器、射频开关和检波器等领域广泛应用。
5. 传输线传输线是一种传输电磁波的被动元件，包括同轴电缆、微带线、矩形波导和同轴/同心波导等。
在射频电路中，传输线被用于匹配网络、传输信号和分配功率等方面，并且被广泛应用于射频滤波器、放大器和混频器等电路中。
三、无源元件在射频电路中的应用1. 隔直电容器在射频电路中，通常需要将直流分量从信号中滤除，以免对下一级电路产生干扰。
隔直电容器就是用于滤除直流分量的被动元件，其作用类似于高通滤波器。
2. 频率选择电路频率选择电路是指通过滤波技术选择所需频率的电路。
其中，LC滤波器和谐振器是最常见的频率选择电路。
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电阻器的射频等效电路不仅呈现出单纯的电阻 R ，还具有两端引线的引线电感L 以及模拟电荷分离效应的电容C a 和跨接两端引线之间的电容C b
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From SEIEE SJTU
金属膜电阻器的阻抗绝对值与频率之间的关系
在低频时，电阻器的阻抗是R ，随着频率的升高，寄生电容的影响成为引起电阻阻抗下降的主要因素；随着频率的进一步升高，引线电感的作用就越加明显，电阻阻抗上升；在频率很高时，引线电感就成为一个无限大的阻抗，甚至开路。
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电阻器的阻抗首先是随着频率的升高而增加；但到某Apr. 18. 2010
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，总的旁路电在200MHz Apr. 18. 2010
电容器的射频等效电路
C ：电容数值；Rs ：串联电阻；Rp ：绝缘电阻；：引线和平板的电感；其中电阻都会形成热损耗，用Apr. 18. 2010
Apr. 18. 2010
From SEIEE SJTU
理想的阻抗随着工作频率的升高而近似线性地减小。
而实际阻抗，
随着频率的升高，其引线电感变得越来越重要；电容器的特性随着频率的升高而改变。
在谐振频率Fr ，引线电感与实际电容形成串联谐振，使得总的电抗趋向于0Ω；之后，在高于Fr 的些政频率之上，电容器的行为呈现为电感性而不再是电容性。
Apr. 18. 2010
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From SEIEE SJTU
•能量损耗计算公式：
()
2
610555cm /W tan .f E E r 2δ
ε−×=Apr. 18. 2010
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Cs ：分布电容
L ：电感
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理想和实际电感器的阻抗与频率特性
随着频率的升高，电感器的电抗（XL ＝ωL ）也增加，在电感器的并联谐振频率Fr 处达到峰值；经过谐振频率Fr Apr. 18. 2010
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集成螺旋电感器使用同心圆耦合线的近似处理及实用等效模型
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电容可用理想电容Cs 、电感Ls 和电阻Rs 的串联电路来等效；电感可用理想电感Lp 、电容Cp 和电阻Rp 的并联电路来等效；电阻可用理想电容Rp 、电容Cp 或电感Lp 的并联电路来等效。
Apr. 18. 2010
From SEIEE SJTU
Apr. 18. 2010
•贴片电容或贴片电感的等效电路是由电容、电感和电阻双段三个元件所构成，因此很难采用单端测试，而更多的需要采用双端（S21）测试;
是对称的Apr. 18. 2010
•贴片电阻的等效电路是一个电阻和一个电容或者一个电阻和一个电感所构成，仅仅只包含两个元Apr. 18. 2010
From SEIEE SJTU
在自谐振频率上：
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计算得到结果：
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From SEIEE SJTU
电容的寄生电阻数
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From SEIEE SJTU
在自谐振频率下：
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From SEIEE SJTU
计算得到结果：
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L: nH f: MHz
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From SEIEE SJTU
与电感标称值的变化曲线：
贴片电感的并联寄生电容的数值几乎不变，寄生电容的平均值为贴片电感的并联寄生电阻随着电感标称值的增Apr. 18. 2010
From SEIEE SJTU
S11或S22对应于复阻抗Zs ：
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Apr. 18. 2010Apr. 18. 2010 Apr. 18. 2010From SEIEE SJTU Apr. 18. 2010。