射頻電路原理

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點擊次數:400 更新時間:2020年05月06日16:25:13 打印此頁 關閉
不知道各位對射頻電路的了解有多少,射頻電路被廣泛的應用在了各個領域,但是了解他的人并不多,今天就來為大家介紹一下射頻電路這個“勞模”是什么,又是如何發展的,依托的技術又是什么?

什么是射頻電路?

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。每秒變化小于1000次的交流電稱為低頻電流,大于1000次的稱為高頻電流,而射頻就是這樣一種高頻電流。

射頻電路指處理信號的電磁波長與電路或器件尺寸處于同一數量級的電路。此時由于器件尺寸和導線尺寸的關系,電路需要用分布參數的相關理論來處理,這類電路都 可以認為是射頻電路,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。

二、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信,圖1.1為一個典型的無線通信系統的框圖,下面以這個系統為例分析射頻電路在整個無線通信系統中的作用。

這是一個無線通信收發機(tranceiver)的系統模型,它包含了發射機電路、接收機電路以及通信天線。這個收發機可以應用于個人通信和無線局域網絡 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,包括采樣、壓縮、編碼等;然后通過A/D轉換器轉換器變成模擬形式進入模擬信號電路單元。

模擬信號電路分為兩部分:發射部分和接收部分。發射部分的主要作用是:數- 模轉換輸出的低頻模擬信號與本地振蕩器提供的高頻載波經過混頻器上變頻成射頻調制信號,射頻信號經過天線輻射到空間中去。接收部分的主要作用是:空間輻射 信號經過天線耦合到接收電路中去,接收到的微弱信號經過低噪聲放大器被放大后與本地振蕩信號經過混頻器下變頻為包含中頻信號分量的信號。濾波器的作用就是 將有用的中頻信號濾出來后輸入模-數轉換器轉換成數字信號,然后進入數字處理部分處理。

下面,將針對低噪聲放大器(LNA)討論一般射頻電路的組成和特點。圖1.2以TriQuint公司的TGA4506-SM為例,給出了這個放大器的電路板 圖,注意到輸入信號是通過一個經過匹配濾波網絡輸入放大模塊。放大模塊一般采用晶體管的共射極結構,其輸入阻抗必須與位于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系數,對于射頻電路設計來說,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后端的混頻器輸入阻抗 相匹配,同樣能保證放大器輸出的信號能完全、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,但是它們在 高頻情況下的電特性與在低頻的情況下完全不同。圖上還可以看出微帶線實際上是一定長度和寬度的敷銅帶,與微帶線連接的是片狀電阻、電容和電感。

在電子學理論中,電流流過導體,導體周圍會形成磁場;交變電流通過導體,導體周圍會形成交變的電磁場,稱為電磁波。  

在電磁波頻率低于100khz時,電磁波會被地表吸收,不能形成有效的傳輸,但電磁波頻率高于100khz時,電磁波可以在空氣中傳播,并經大氣層外緣的電離層反射,形成遠距離傳輸能力,我們把具有遠距離傳輸能力的高頻電磁波稱為射頻,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同的。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,射頻電路的特性不同于普通的低頻電路。主要原因是在高頻條件下,電路的特性與低頻條件下不同,因此需要利用射頻電路理論去理解射頻電路的 工作原理。在高頻條件下,雜散電容和雜散電感對電路的影響很大。雜散電感存在于導線連接以及組件本身存在的內部自感。雜散電容存在于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,隨著頻率的增加,雜散參數的影響越來越大。在早期的VHF頻段電視接收機中的高頻頭,以及 通信接收機的前端電路中,雜散電容的影響都非常大以至于不再需要另外添加電容。

此外,在射頻條件下電路存在趨膚效應。與直流不同的是,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于直流電阻。   

在高頻電路中的另一個問題是電磁輻射效應。隨著頻率的增加,當波長可與電路尺寸12比擬時,電路會變為一個輻射體。這時,在電路之間、電路和 外部環境之間會產生各種耦合效應,因而引出許多干擾問題。這些問題在低頻條件下往往是無關緊要的。

隨著通信技術的發展,通信設備所用頻率日益提高,射頻(RF)和微波(MW)電路在通信系統中廣泛應用,高頻電路設計領域得到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頻率范圍內;全球定位系統 (GPS)載波頻率在1227.60MHz和1575.42MHz的頻率范圍內;個人通信系統中的射頻電路工作在1.9GHz,并且可以集成于體積日益變 小的個人通信終端上;在C波段衛星廣播通信系統中包括4GHz的上行通信鏈路和6GHz的下行通信鏈路。通常這些電路的工作頻率都在1GHz以上,并且隨 著通信技術的發展,這種趨勢會繼續下去。但是,處理這種頻率很高的電路,不僅需要特別的設備和裝置,而且需要直流和低頻電路中沒有用到的理論知識和實際經驗。

這些就是關于射頻電路的發展和原理,對射頻電路有興趣的也可以向我們進行咨詢。

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