射頻電路的原理及應用

時間 2019-11-29

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什麼是射頻電路？

射頻簡稱RF，射頻就是射頻電流，它是一種高頻交流變化電磁波的簡稱。每秒變化小於1000次的交流電稱爲低頻電流，大於1000次的稱爲高頻電流，而射頻就是這樣一種高頻電流。前端

射頻電路指處理信號的電磁波長與電路或器件尺寸處於同一數量級的電路。此時因爲器件尺寸和導線尺寸的關係，電路須要用分佈參數的相關理論來處理，這類電路均可以認爲是射頻電路，對其頻率沒有嚴格要求，如長距離傳輸的交流輸電線（50或60Hz）有時也要用RF的相關理論來處理。後端

射頻電路的原理及發展

射頻電路最主要的應用領域就是無線通訊，圖1.1爲一個典型的無線通訊系統的框圖，下面以這個系統爲例分析射頻電路在整個無線通訊系統中的做用。網絡

圖1.1 典型射頻系統方框圖性能

這是一個無線通訊收發機（tranceiver）的系統模型，它包含了發射機電路、接收機電路以及通訊天線。這個收發機能夠應用於我的通訊和無線局域網絡中。在這個系統中，數字處理部分主要是對數字信號進行處理，包括採樣、壓縮、編碼等；而後經過A/D轉換器轉換器變成模擬形式進入模擬信號電路單元。ui

模擬信號電路分爲兩部分：發射部分和接收部分。編碼

發射部分的主要做用是：數- 模轉換輸出的低頻模擬信號與本地振盪器提供的高頻載波通過混頻器上變頻成射頻調製信號，射頻信號通過天線輻射到空間中去。接收部分的主要做用是：空間輻射信號通過天線耦合到接收電路中去，接收到的微弱信號通過低噪聲放大器被放大後與本地振盪信號通過混頻器下變頻爲包含中頻信號份量的信號。濾波器的做用就是將有用的中頻信號濾出來後輸入模-數轉換器轉換成數字信號，而後進入數字處理部分處理。spa

下面，將針對圖1.1 方框圖中的低噪聲放大器（LNA）討論通常射頻電路的組成和特色。設計

圖1.2以TriQuint公司的TGA4506-SM爲例，給出了這個放大器的電路板圖，注意到輸入信號是經過一個通過匹配濾波網絡輸入放大模塊。放大模塊通常採用晶體管的共射極結構，其輸入阻抗必須與位於低噪聲放大器前面的濾波器的輸出阻抗相匹配，從而保證最佳傳輸功率和最小反射係數，對於射頻電路設計來講，這種匹配是必須的。此外，低噪聲放大器的輸出阻抗必須與其後端的混頻器輸入阻抗相匹配，一樣能保證放大器輸出的信號能徹底、無反射的輸入到混頻器中去。這些匹配網絡是由微帶線組成，在有些時候也可能由獨立的無源器件組成，可是它們在高頻狀況下的電特性與在低頻的狀況下徹底不一樣。圖上還能夠看出微帶線其實是必定長度和寬度的敷銅帶，與微帶線鏈接的是片狀電阻、電容和電感。blog

圖1.2 TGA4506-SM電路版圖io

圖1.3用於我的通訊終端的低噪聲放大器電路板圖

在電子學理論中，電流流過導體，導體周圍會造成磁場；交變電流經過導體，導體周圍會造成交變的電磁場，稱爲電磁波。

在電磁波頻率低於100khz時，電磁波會被地表吸取，不能造成有效的傳輸，但電磁波頻率高於100khz時，電磁波能夠在空氣中傳播，並經大氣層外緣的電離層反射，造成遠距離傳輸能力，咱們把具備遠距離傳輸能力的高頻電磁波稱爲射頻，英文縮寫：RF。高頻電路基本上是由無源元件、有源器件和無源網絡組成的。高頻電路中使用的元器件與低頻電路中使用的元器件頻率特性是不一樣的。高頻電路中無源線性元件主要是電阻(器)、電容(器)和電感(器)。

在電子技術領域，射頻電路的特性不一樣於普通的低頻電路。主要緣由是在高頻條件下，電路的特性與低頻條件下不一樣，所以須要利用射頻電路理論去理解射頻電路的工做原理。在高頻條件下，雜散電容和雜散電感對電路的影響很大。雜散電感存在於導線鏈接以及組件自己存在的內部自感。雜散電容存在於電路的導體之間以及組件和地之間。在低頻電路中，這些雜散參數對電路的性能影響很小，隨着頻率的增長，雜散參數的影響愈來愈大。在早期的VHF頻段電視接收機中的高頻頭，以及通訊接收機的前端電路中，雜散電容的影響都很是大以致於再也不須要另外添加電容。

此外，在射頻條件下電路存在趨膚效應。與直流不一樣的是，在直流條件下電流在整個導體中流動，而在高頻條件下電流在導體表面流動。其結果是，高頻的交流電阻要大於直流電阻。

在高頻電路中的另外一個問題是電磁輻射效應。隨着頻率的增長，當波長可與電路尺寸12比擬時，電路會變爲一個輻射體。這時，在電路之間、電路和外部環境之間會產生各類耦合效應，於是引出許多幹擾問題。這些問題在低頻條件下每每是可有可無的。

隨着通訊技術的發展，通訊設備所用頻率日益提升，射頻（RF）和微波（MW）電路在通訊系統中普遍應用，高頻電路設計領域獲得了工業界的特別關注，新型半導體器件更使得高速數字系統和高頻模擬系統不斷擴張。微波射頻識別系統（RFID）的載波頻率在915MHz和2450MHz頻率範圍內；全球定位系統（GPS）載波頻率在1227.60MHz和1575.42MHz的頻率範圍內；我的通訊系統中的射頻電路工做在1.9GHz，而且能夠集成於體積日益變小的我的通訊終端上；在C波段衛星廣播通訊系統中包括4GHz的上行通訊鏈路和6GHz的下行通訊鏈路。一般這些電路的工做頻率都在1GHz以上，而且隨着通訊技術的發展，這種趨勢會繼續下去。可是，處理這種頻率很高的電路，不只須要特別的設備和裝置，並且須要直流和低頻電路中沒有用到的理論知識和實際經驗。