射频电路中无源器件的特性
射频电路中无源器件的特性
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。
读者可以发现低频时恒定的电阻值，到高频时显示出具有谐振点的二阶系统相应；在高频时，电容中的电介质产生了损耗，造成电容起呈现的阻抗特征只有低频时才与频率成反比；在低频时电感的阻抗响应随频率的增加而线形增加，达到谐振点前开始偏离理想特征，最终变为电容性。
这些无源元件在高频的特性都可以通过前面提到的品质因数描述，对于电容和电感来说，为了调谐的目的，通常希望的到尽可能高的品质因数。
射频电路设计理论与应用第二版课程设计
射频电路设计理论与应用第二版课程设计一、项目背景本课程设计为《射频电路设计理论与应用》课程的实践环节，旨在通过学生自行设计完成一个小型射频电路，将课堂知识应用到实际中，提升学生的实践能力和综合素质。
二、项目目标1.熟练掌握射频电路设计的基本理论和方法；2.掌握各类射频器件的特性和应用特点；3.能够使用EDA等工具进行电路设计和仿真分析；4.能够按照需求设计符合要求的小型射频电路。
三、项目内容课程设计主要包括以下内容：1. 课程理论部分：•射频电路设计基础知识；•无源器件的特性和应用；•有源器件的特性和应用；•射频电路的匹配设计；•射频电路的噪声与稳定性分析。
2. 课程实践部分：•射频放大器设计；•射频滤波器设计；•射频信号发生器设计；•射频调制解调器设计。
四、设计要求1.设计一个小型的射频电路；2.选择合适的器件进行设计；3.能够满足一定的性能要求；4.设计过程需要记录并撰写设计报告。
五、设计步骤1.确定设计方案：选择设计射频电路的类型、性能指标、器件选型等；2.确定电路拓扑结构：根据设计要求选择电路拓扑；3.确定电路参数：根据电路拓扑确定电路参数，包括无源电路参数和有源电路参数；4.进行电路分析：进行电路仿真分析，包括电路的频率响应、增益、带宽、稳定性等；5.电路优化：根据仿真分析结果进行电路参数的优化；6.绘制电路图：绘制电路原理图和布局图；7.PCB设计：进行PCB设计，包括原理图转化为线路图、布局图、线路仿真、板级仿真等；8.制作原型：将设计完成的电路制成原型设备；9.进行测试：对设计完成的射频电路进行测试、评估性能。
六、预期成果通过本课程设计，学生应达到以下目标：1.掌握射频电路设计的基本方法和理论知识；2.熟练使用EDA等工具进行电路设计和仿真分析；3.能够按照需求设计符合要求的小型射频电路；4.能够撰写电路设计报告。
七、实验仪器与设备1.TC2082系列数字存储示波器；2.PowerStudio物联网开发板等。
无源器件_??????
无源器件
无源器件是指不需要外部电源供电的电子器件，它们靠自
身的物理特性来完成特定的功能。
常见的无源器件有：
1. 电阻器（Resistor）：用于限制电流、降低电压、分压、匹配阻抗等。
2. 电容器（Capacitor）：用于储存电荷、滤波、调整信号频率等。
3. 电感器（Inductor）：用于储存磁场能量、滤波、阻挡
高频信号等。
4. 压敏电阻（Varistor）：用于保护电路免受过电压损坏。
5. 光敏电阻（Photoresistor）：根据光的强度改变电阻值，用于光敏控制等。
6. 压电陶瓷（Piezoelectric）：可以通过施加力或压力来
产生电荷，用于声音传感器、振动传感器等。
7. 磁敏电阻（Magnetoresistor）：根据外部磁场的强度和方向变化电阻值，用于磁感应传感器等。
无源器件在电子电路中起到了重要的作用，通过它们可以实现信号调节、滤波、保护等功能。
3DB电桥
3DB电桥3DB电桥也叫同频合路器，是通信系统中常用的无源器件，尤其是在射频、微波电路与系统中应用广泛。
它能够沿传输线路某一确定方向上对传输功率连续取样，能将一个输入信号分为两个互为等幅且具有90°相位差的信号。
在室内覆盖系统中对基站信号的合路中所运的用效果很好，主要用于多信号合路，提高输出信号的利用率。
目录3DB电桥的特点3DB电桥的使用注意3DB电桥的说明3DB电桥的相关3DB电桥的特点3DB具有插损小，抑制高，带内波动小，隔离度大，驻波比小的特点。
3DB桥插损是3.2，隔离度也是25，驻波一般。
但是有两个输出口，比如输入两个30输出就是两个27。
3dB电桥的输出口也可随意定，两进一出一进两出两进两出其实都可以，多的一个口接上足够功率的负载就行了。
不接负载的其实也就是出厂就断接了,跟另接负载没什么两样的效果。
但是，对于驻波比要求高的时候只能用3dB。
另外，还要考虑器件的承受功率。
3DB电桥为同频合路，只能实现两路信号合成，隔离度较低，可实现两路等幅输出，它也最贵。
3DB电桥的使用注意使用时要注意以下几点：1、搬运双臂电桥的时候要轻拿轻放，在使用电桥前应严格按照使用说明书中的方法接线。
2、双臂电桥用以测量低值电阻待测电阻必须依四端接法接入电桥，电流接头和电压接头应分开连接，连接点要保证接触牢靠。
3、使用电桥前，先接通电源预热五分钟，调节电桥平衡时应尽量避免检流计的指针摆动过大，在正式测量电阻前应使用万用表对被测电阻的阻值大小进行判断，根据万用表给出的数值正确选择倍率。
4、注意调节检流计零位，灵敏度先调节至最小，操作中逐步提高测量灵敏度。
5、测量操作尽量简短，避免较大的工作电流长时间通电运行引起测量误差或危及仪表的安全，按扭B和G应间歇使用3DB电桥电路故障排除方法:1.用电流表检查故障由于串联电路中各处电流相等，所以用电流表检查不能确定故障所在处，但它可用于并联电路中的故障检查。
如图3—17—1中，若故障出在并联支路上，则测量各支路和干路上的电流可确定故障所在之处。
03 射频信号的三大要素
三、阻抗要素
50Ω和75Ω阻抗 在射频信号进入自由空间之前，会在导体或器件内振荡。每个器件都有一个 入口或出口，或两者都有。如果射频信号从一个器件穿过一个导体进入另外 一个器件，导体和器件之间要有连接。为了方便，工程师将连接标准化，这 样，一个公司生产的器件就可以和另一个公司生产的器件匹配工作，只有很 小的信号损失。阻抗的度量单位是欧姆。 至于为什么是50Ω，这只是一个巧合，第二次世界大战期间，军队需要连接 一些碰巧是50Ω阻抗的天线，于是，他们开发了一些50Ω的电缆（后来称为 RG-58）并大量使用，其它所需要连接的设备都只能是适从50Ω了。 50Ω是最佳的吗？答案是否定的。以射频电缆为例，75Ω的性能更佳（即衰 减更小）。它是近期开发的，75Ω是用于有线电视中的阻抗。相应地，现在 有两种阻抗标准：通信射频用50Ω和电视射频用75Ω。
其实C/N和C/I对于通信的影响是归一的，都是衡量有用信号（载波）和 无用信号（噪声、干扰）的关系。C/N和C/I的好坏，在数字通信系统中 直接关系到误码率的高低。
三、功率要素
功率 有用信号
C/N
C/I
干扰信号 噪声
频率
三、功率要素
有关射频/微波信号功率的基本电路 衰减器：衰减器是指控制射频/微波信号功率的大小的器件，通常根据衰 减量分为固定衰减器和可变衰减器两种。 功率分配器/合路器：功率分配器是将一路射频/微波信号分成若干路的 器件，一般是等分的。例如二功分器、三功分器。功分器也可以作为合 路器使用，在各个支路口接不同频率的信号，在主路合路输出。 定向耦合器：定向耦合器是一种有方向性的无源射频和微波功率分配器 件。定向耦合器通常是耦合主路的一小部分功率到耦合端，用以检测主 路信号的工作状态是否正常；在移动通信天线覆盖系统里，传输信号耦 合一部分信号至天线，实现信号覆盖。耦合度通常可分为：5dB、6dB、 7dB、10dB、15dB、20dB、30dB、50dB等。 放大器：射频/微波放大器是提高射频/微波信号电平的有源电路。
工程师必须要掌握的常用天线无源器件原理及功能
工程师必须要掌握的常用天线无源器件原理及功能工程师在无线通信系统的设计和维护中，需要了解天线和无源器件的原理和功能。
天线是将电磁能量从导线传输到自由空间的装置，而无源器件是在电路中不需要供电的元器件。
下面是工程师必须要掌握的常用天线和无源器件的原理和功能的介绍。
一、常用天线的原理和功能：1.简单天线：如半波长偶极子天线和单极天线。
原理是电流通过导线会在空间产生辐射，仿佛天线是一个辐射源。
常见于Wi-Fi路由器和收音机。
2. 方向性天线：如小型喇叭天线和Yagi天线。
原理是通过设计天线的形状和构造来实现特定的辐射方向性。
常见于通信基站和无线电测量设备。
3. 宽频带天线：如Vivaldi天线和螺旋天线。
原理是通过特殊的天线结构和构造实现宽频带的传输和接收功能。
常见于雷达和宽带通信系统。
4.衍射天线：如带状天线和光纤天线。
原理是利用天线和介质的交互作用，实现辐射和接收无线信号。
常见于射频传输和微波通信系统。
5.平面天线：如微带天线和贴片天线。
原理是将导体片固定在平面表面上，实现辐射和接收电磁波的功能。
常见于移动通信设备和卫星通信终端。
6.捕捉天线：如磁环天线和弹性天线。
原理是通过改变天线的物理位置或形状，实现对特定频段的信号捕捉和过滤。
常见于无线电接收器和RFID读写器。
二、常用无源器件的原理和功能：1.电阻器：原理是通过电阻材料的电阻值限制电流的流动，用于电路的调节和阻抗匹配。
2.电容器：原理是利用电场作用储存电荷，用于能量存储和电路的频率响应调节。
3.电感器：原理是利用电磁感应作用储存磁能，用于滤波和电路的频率响应调节。
4.变压器：原理是通过线圈的磁场耦合实现输入和输出电压的变化，用于电压转换和隔离。
5.二极管：原理是利用半导体的PN结实现单向电流导通，用于电流控制和电路开关。
6.晶体管：原理是利用半导体材料的输运特性实现电流放大，用于信号放大和电路控制。
7.三极管：原理是在晶体管的基础上添加了一个控制接口，实现电流的放大和控制功能。
射频基础知识及其主要指标
对于G网，B = 200KHz，10lgB=53dBHz，No = －121dBm
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干扰协调
最大干扰容限
通常，码分系统的接收灵敏度可表示为：
SV
KT dBmHZ
10lgBdBHZ
NRdB
G
dB
P
EbdB
N0
KT:热噪声底噪－174dBm/Hz
B: 通道带宽（Hz)
为满足第三代（3G）蜂窝移动通信技术和业务发展的需求， 中国于2002年对3G系统使用的频谱作出了如下规划： ①第三代公众蜂窝移动通信系统的主要工作频段： 频分双工(FDD)方式：1920~1980 MHz / 2110~2170 MHz；
时分双工(TDD)方式：1880~1920MHz、2010~2025 MHz。
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3G与2G共存干扰协调
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32. 无线电干扰定义和分类（1）
无线电干扰是指发生在无线电频谱内的干扰。接收机收到无用信号时会导致有用信号的
接收质量下降，出现信息差错或丢失，甚至会阻断通信，这就是通常所说的无线电干扰。无
＝E＋20lgλ－11.6（dBμv）
对于其它接收天线，只需增加其相对于
半波偶极天线的增益Gr即可
即：A＝E＋20lgλ－11.6＋Gr
~
半波偶 极天线
匹配网络
50Ω
接收机
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电场强度、电压及功率电平的换算
例如：对于900MHz频段，波长为0.33m，当采用半波偶 极天线时，输入电压A与接收场强E之间的关系为：
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射频概念知识点(修改)
1电平是以分贝表示的绝对功率，单位dBm，计算公式：dBm=10lg（*mw/1mw）2某发信机额定功率电平为30dBm，其杂散辐射相对电平为-70dBc，该项指标表明，杂散辐射电平为-40 dBm（30 dBm-70 dB）。
3增益(db)：指放大器或系统的功率放大倍数，单位为分贝(dB)4插损=器件输出电平(dBm)-器件输入电平(dBm)5隔离度——耦合端口与输出端口的功率比（隔离端口与输入端口的功率之比），单位为dB6无源器件的方向性=隔离度-耦合度7常规工程无源器件：耦合器、合路器、电桥、衰减器、负载、功分器等。
8负载是一种特殊的衰减器，衰减度为无限大。
9合路器分为同频段合路器和异频段合路器两种，3dB电桥主要应用于同频段内不同载波间的合路应用。
10滤波器的典型指标:频率范围、带宽、插入损耗、带外抑制、驻波（回波损耗）、带内波动、功率容量等。
11直放站分类，按带宽分为宽带直放站和选频直放站，按传输方式分为：无线直放站和有线直放站；按接入方式分为：直接耦合直放站和空间耦合直放站。
12若一个系统的功率放大的倍数是2，则这个系统的增益是3dB 。
若系统的输出电平是43dBm，输入电平是10dBm,则系统的增益是33dB。
13无源器件按电气性能可分为微带和腔体。
14光合波器或光分波器统称为波分复用器。
它能将使光纤的通信容量成倍的提高。
目前多采用1310nm和1550nm波长的波分复用器。
15天线是将高频电流或波导形式的能量变换成电磁波并向规定方向发射出去或把来自一定方向的电磁波还原为高频电流的一种设备。
主要参数：方向图、增益、输入阻抗、驻波比、极化方式、前后比等。
16天线按极化方式分为单极化天线及双极化天线。
单极化天线又分为垂直极化和水平极化。
17天线增益是指天线朝一个特定方向收发信号的能力。
其单位用dBi和dBd表示，其中dBi=dBd+2.15，0dBd=2.15dBi。
18天线波瓣宽度是指天线辐射图中，低于峰值3dB处夹角的宽度或主波瓣宽度从最大值下降一半时两点所张的夹角19天线前后比指最大正向增益与最大反向增益之比，用分数表示。
太赫兹射频器件与电路（三）
DCWTechnology Lecture技术讲座1数字通信世界2023.121 实现太赫兹射频器件与电路的第三条技术途径：等离子技术等离子体方法的目标是构造本质上在太赫兹频率下运作的器件，即不需要从微波范围上变频转换，或从光学器件产生光再下变频转换为太赫兹波，而直接从等离子体产生。
等离子体早在20世纪20年代就已问世，而之后新的发现，特别是利用如石墨烯等二维纳米材料，打开了室温下工作的太赫兹纳米器件的大门，使得它们对太赫兹通信特别有吸引力。
条件。
这是物质的电子从原子中剥离出来成为自由电子和离子组成的，其共同的条件是体系整体上近似呈现电中性。
理论与实践都证明，某些气体（如空气）、液体（如水）和固体（如铝箔）等离子体均可激发出太赫兹波（见图2），它们是在等离子体中产生的电磁波，称等离子体波。
在图2中，使用了飞秒光纤激光器输出飞秒光脉冲，作用于这几种等离子体，便能诱导出太赫兹波。
飞秒光纤激光器是一种主要由光纤激光器构成，具有飞秒（10-15秒）区持续时间的脉冲激光器。
飞秒激光不是单色光，而是中心波长在800 nm 左右的一段波长连续变化光的组合，利用这段范围内连续波长光的空间相干，来获得时间上极大的压缩，从而实现飞秒量级的脉冲输出。
太赫兹射频器件与电路（三）钟 旻摘要：文章叙述了利用等离子技术，包括信号源的产生、放大、调制、变频等器件与电路，来实现太赫兹发射、接收机的原理，最后给出了应用举例。
关键词：太赫兹收、发信机；等离子器件与电路；信号源；倍频器；变频器doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.12.001中图分类号：TN 92 文献标志码：A 文章编码：1672-7274（2023）12-0001-09Terahertz RF Devices and Circuits (III)ZHONG MinAbstract: In this lecture, the principle of using plasma technology, including devices and circuits for signal source generation, amplification, modulation , and frequency conversion, to achieve terahertz transceiver is described. Finally, application examples are provided.Key words: terahertz transceiver; plasma devices and circuits; signal source; frequency multiplier; modulator;frequency converter图1 利用等离子技术实现太赫兹收发信机的基本组成框图 由图1可见，利用等离子技术实现太赫兹通信收发信机，需要解决信号源的产生、变频、调制、放大和滤波等问题。
03 射频信号的三大要素
三、阻抗要素
有关射频/微波阻抗的基本电路 阻抗变换器：阻抗变换器，通常是增加合适的元件或结构，实现一个阻 抗向另一个阻抗的过渡。阻抗变换器的变换方法，可采用λ/4阻抗变换器 或渐变线阻抗变换器，使不匹配的负载或两段特性阻抗不同的传输线实 现匹配连接。 阻抗标准器：微波阻抗标准器，用于微波测量中的标准器是指标准同轴 线和标准波导段，它们是特性阻抗的实物标准量具。微波阻抗标准器通 常有标准空气线、标准波导、1/4波长短路器、同轴标准负載、波导标准 失配负載和可变式标准负载等。 天线：天线是无线通信、广播电视等工程系统中辐射或接收无线电波的 部件，它是一种特定的阻抗匹配器，实现射频/微波信号在封闭传输线和 空气媒体之间的匹配传输。
Pin Pr Pt
三、阻抗要素
Γ =1/10^(Lr/20) , VSWR =（1+Γ ）/（1-Γ ） 回波损耗（Lr） 电压反射系数（Γ ） 驻波比 （VSWR） 11.00 0.28 1.78 12.00 0.25 1.67 13.00 0.22 1.58 14.00 0.20 1.50 15.00 0.18 1.43 16.00 0.16 1.38 17.00 0.14 1.33 18.00 0.13 1.29 19.00 0.11 1.25 20.00 0.10 1.22
一、射频信号三大要素
振荡器、频率合成器、分 频、倍频、混频以及滤波 等电路的频率参数 计数器、频率比对 器、频谱分析仪 功率计、频谱分 析仪
频率
网络分析仪、阻抗 测量仪、反射计
阻抗
阻抗变换、阻抗匹配、 天线等阻抗参数（反射 系数等）
功率
放大器、衰减器、耦 合器、功分器等功率 参数
二、频率要素
频率（f） 频率一词在无线通信技术中的重要性怎么强调都不为过。如果要想从事无线 通信技术，就一定要了解频率。 以一个正弦波为例，信号在1秒内完成一个完整正弦波的次数（即每秒震荡 周期数）就是信号的频率，单位为赫兹符号为Hz。例如蜂窝移动通信系统使 用900MHz信号，也就是说在1秒内信号振荡9亿次，以今天的标准来看，这 还不算是一个很高的频率。 频率的概念是理解无线通信的关键，因为无线通信所涉及到的内容几乎都是 与频率相关的，可以完全依据信号的不同频率将不同信号区别开。根据频率， 可以将一个射频信号和另一个射频信号隔离，也可以区分不同的无线应用， 比如：人可以听到的声音的频率范围一般是：0.3 ~ 3.4 KHz。 移动通信使用的频率范围一般用：800 ~ 2500MHz。
有源和无源的区别
简单地讲就是需能（电）源的器件叫有源器件，有源器件一般用来信号放大、变换等，无源器件用来进行信号传输，或者通过方向性进行“信号放大”；无需能（电）源的器件就是无源器件。
容、阻、感都是无源器件，不用电源就能显示其特性的就叫无源元件。
IC、模块和三极管等都是有源器件，通俗的说就是需要电源才能显示其特性的就是有源元件。
无源器件的简单定义如果电子元器件工作时，其内部没有任何形式的电源，则这种器件叫做无源器件。
从电路性质上看，无源器件有两个基本特点：（1）自身或消耗电能，或把电能转变为不同形式的其他能量。
（2）只需输入信号，不需要外加电源就能正常工作。
（3）常见的无源电子器件电子系统中的无源器件可以按照所担当的电路功能分为电路类器件、连接类器件。
1．电路类器件二极管（diode）、电阻器（resistor）、电阻排（resistor network）、电容器（capacitor）、电感（inductor）、变压器（transformer）、继电器（relay）、按键（key）、蜂鸣器、喇叭（speaker）、开关（switch）2．连接类器件连接器（connector）、插座（shoket）、连接电缆（line）、印刷电路板（pcb）有源器件的基本定义如果电子元器件工作时，其内部有电源存在，则这种器件叫做有源器件。
从电路性质上看，有源器件有两个基本特点：（1）自身也消耗电能。
（2）除了输入信号外，还必须要有外加电源才可以正常工作。
由此可知，有源器件和无源器件对电路的工作条件要求、工作方式完全不同，这在电子技术的学习过程中必须十分注意。
有源器件是电子电路的主要器件，从物理结构、电路功能和工程参数上，有源器件可以分为分立器件和集成电路两大类。
1．分立器件双极型晶体三极管（bipolar transistor），一般简称三极管，bjt、场效应晶体管（field effective transistor）、晶闸管（thyristor），也叫可控硅、半导体电阻与电容——用集成技术制造的电阻和电容，用于集成电路中。