什么是射頻電路？

射頻簡(jiǎn)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(jiǎn)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。有線電視系統(tǒng)就是采用射頻傳輸方式的

在電子學(xué)理論中，電流流過(guò)導(dǎo)體，導(dǎo)體周圍會(huì)形成磁場(chǎng)；交變電流通過(guò)導(dǎo)體，導(dǎo)體周圍會(huì)形成交變的電磁場(chǎng)，稱為電磁波。

在電磁波頻率低于100khz時(shí)，電磁波會(huì)被地表吸收，不能形成有效的傳輸，但電磁波頻率高于100khz時(shí)，電磁波可以在空氣中傳播，并經(jīng)大氣層外緣的電離層反射，形成遠(yuǎn)距離傳輸能力，我們把具有遠(yuǎn)距離傳輸能力的高頻電磁波稱為射頻，英文縮寫：RF

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組成編輯

高頻電路基本上是由無(wú)源元件、有源器件和無(wú)源網(wǎng)絡(luò)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(wú)源線性元件主要是電阻（器）、電容（器）和電感（器）。在電子技術(shù)領(lǐng)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(duì)電路的影響很大。雜散電感存在于導(dǎo)線連接以及組件本身存在的內(nèi)部自感。雜散電容存在于電路的導(dǎo)體之間以及組件和地之間。在低頻電路中，這些雜散參數(shù)對(duì)電路的性能影響很小，隨著頻率的增加，雜散參數(shù)的影響越來(lái)越大。在早期的VHF頻段電視接收機(jī)中的高頻頭，以及通信接收機(jī)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(yīng)。與直流不同的是，在直流條件下電流在整個(gè)導(dǎo)體中流動(dòng)，而在高頻條件下電流在導(dǎo)體表面流動(dòng)。其結(jié)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(gè)問(wèn)題是電磁輻射效應(yīng)。隨著頻率的增加，當(dāng)波長(zhǎng)可與電路尺寸12比擬時(shí)，電路會(huì)變?yōu)橐粋€(gè)輻射體。這時(shí)，在電路之間、電路和 外部環(huán)境之間會(huì)產(chǎn)生各種耦合效應(yīng)，因而引出許多干擾問(wèn)題。這些問(wèn)題在低頻條件下往往是無(wú)關(guān)緊要的。

射頻電路基礎(chǔ)知識(shí)

1.射頻電路的應(yīng)用和分類 （Application For RF Circuit）

2.射頻電路的基本理論和參數(shù)定義（Basic Theory and Parameter Define）

3.射頻電路中的常用元件和功能 （General Components and TheirFunction）

4.射頻測(cè)試中的常用儀器介紹 （General Instruments In RF Test）

1.射頻電路的應(yīng)用和分類 （Application For RF Circuit）

?目前， 射頻（RF）電路主要用于通信系統(tǒng)中，如：手機(jī)（Cell Phone），無(wú)線局域網(wǎng)（Wireless LAN），無(wú)線廣播系統(tǒng)（電視和收音機(jī)）等;但也有其它方面的應(yīng)用：如雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)用遠(yuǎn)距離探測(cè)試，微波爐利用微波功率來(lái)加熱食物。

?在RF通信系統(tǒng)中按照通信終端間是否有射頻電纜連接又可分為有線射頻通信系統(tǒng)和無(wú)線射頻通信系統(tǒng)

?有線射頻通信系統(tǒng)有：有線電視（CATV），通過(guò)有線電視線連接數(shù)字連接的Cable Modem，通過(guò)電話線傳輸?shù)臄?shù)字用戶回路（DSL），包括ADSL，HDSL，VDSL等。

?無(wú)線射頻通信系統(tǒng)的：無(wú)線電話（手機(jī)），無(wú)線傳輸?shù)碾娨暫褪找魴C(jī)廣播系統(tǒng)，無(wú)線局域網(wǎng)（Wireless LAN），藍(lán)牙（BlueTooth）等

?按照通信系統(tǒng)中各終端間傳輸信號(hào)是數(shù)字信號(hào)還是模擬信號(hào)又可分為模擬RF通信系統(tǒng)和數(shù)字RF通信系統(tǒng)：

1.模擬RF通信系統(tǒng)，相對(duì)于數(shù)字RF通信系統(tǒng)，模擬RF通信系統(tǒng)較為落后，其抗干擾能力較弱，點(diǎn)用帶寬較多，但系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，主要用于較早開發(fā)的系統(tǒng)中，如：電視（當(dāng)前制式），音頻廣播（收音機(jī)），第一代的手機(jī)通信系統(tǒng)等。

2.數(shù)字RF通信系統(tǒng)，由于其有較多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛使用于多種通信系統(tǒng)中，如Wireless LAN，GSM手機(jī)，藍(lán)牙系統(tǒng)，衛(wèi)星通信系統(tǒng)等。

?對(duì)于RF數(shù)字通信系統(tǒng)，根據(jù)數(shù)據(jù)速率的不同，可分為寬帶（高速）RF通信系統(tǒng)和窄帶（低速）通信系統(tǒng)，一般將通信速率大于2Mbits的通信系統(tǒng)稱為寬帶RF通信系統(tǒng)，低于2Mbits的通信系統(tǒng)稱為低速RF通信系統(tǒng)。

1.常見的寬帶通信系統(tǒng)有微波幀中繼系統(tǒng)，LMDS（Local Multipoint Distribute Service，本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)）以及將來(lái)的3G手機(jī)系統(tǒng)等。

2.常見的窄帶通信系統(tǒng)有：藍(lán)牙系統(tǒng)，2G手機(jī)系統(tǒng)，數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)（DAB），數(shù)字無(wú)繩電話網(wǎng)（DECT，Digital Enhanced CordlessTelecommunications）等。

2.射頻電路的基本理論和參數(shù)定義（Basic Theory and Parameter Define）

2.1.射頻（RF）電路的定義

2.2.傳輸線特性阻抗Z0

2.3.RF功率定義和計(jì)算

2.4.不連續(xù)端口的功率分布

2.5.信號(hào)調(diào)制方法

2.1 RF： Radio Frequency，本身沒(méi)有嚴(yán)格的定義，目前一般將在空間傳播的頻率從3k到300G的電磁波稱為射頻。

射頻電路：處理信號(hào)的電磁波長(zhǎng)與電路或器件尺處于同一數(shù)量級(jí)的電路可以認(rèn)為是射頻（RF）電路，此時(shí)由于器件尺寸和導(dǎo)線尺寸的關(guān)系，電路需要用分布參數(shù)的相關(guān)理論來(lái)處理，這類電路都可以認(rèn)為是射頻電路，對(duì)其頻率沒(méi)的嚴(yán)格的要求，如長(zhǎng)距離傳輸?shù)慕涣鬏旊娋€（50或60Hz）有時(shí)也要用RF的相關(guān)理論來(lái)處理。

2.2 RF傳輸線上的電壓與電流比稱為傳輸線的特性阻抗，由于電壓和電流都是矢量，所以特性阻抗Z0是一個(gè)與信號(hào)頻率相關(guān)的復(fù)數(shù)，它主要由傳輸線自身的分布參數(shù)決定：

Z0=SQRT（（R+jωL）/（G+jωC））

當(dāng)傳輸線的損耗很小時(shí)，可以認(rèn)為R=G=0，信號(hào)頻率對(duì)特性阻抗值影響很小，此時(shí)可以認(rèn)為Z0為與頻率無(wú)關(guān)的實(shí)數(shù)：

Z0=SQRT（L/C） 其中L和C為分布電感和分布電容。

目有多數(shù)測(cè)試系統(tǒng)傳輸線特性阻抗均設(shè)置為50Ω。

2.3 由于RF電路功率變化范圍很大，傳統(tǒng)的結(jié)性單位定義很不方便，故使用對(duì)數(shù)單位。定義線路中功率為1mW時(shí)為0dBm，由如下公式可以對(duì)對(duì)數(shù)功率和線性功率進(jìn)行互相轉(zhuǎn)換：

A=10x（log10（B/1mW）=10x（log10B）+30

（其中A為對(duì)數(shù)功率，B為線性功率）

-線性功率為1W時(shí)， 對(duì)數(shù)功率為30dBm

-線性功率為1uW時(shí)，對(duì)數(shù)功率為-30dBm

dBm為絕對(duì)功率，dB用來(lái)計(jì)算相對(duì)功率，主要用來(lái)計(jì)算功率的改變量，如增益和損耗的單位

dBi和dBd

dBi和dBd是表示天線功率增益的量，兩者都是一個(gè)相對(duì)值，但參考基準(zhǔn)不一樣。dBi的參考基準(zhǔn)為全方向性天線，dBd的參考基準(zhǔn)為偶極子，所以兩者略有不同。一般認(rèn)為，表示同一個(gè)增益，用dBi表示出來(lái)比用dBd表示出來(lái)要大2.15。

［例］ 對(duì)于一面增益為16dBd的天線，其增益折算成單位為dBi時(shí)，則為18.15dBi（一般忽略小數(shù)位，為18dBi）。

［例］0dBd=2.15dBi。

2.4

?RF功率沿傳輸線經(jīng)過(guò)阻抗不連續(xù)端口時(shí)，有與光通過(guò)不連續(xù)介面的情況類似，入射功率會(huì)分成兩部分：端口吸收功率和反射功率。

?定性的分析：當(dāng)傳輸線阻抗與端口阻抗相差越大時(shí)反射功率越大，端口吸收功率越小;反之當(dāng)二者阻抗相差越小時(shí)，反射功率越小，端口吸收功率越大。

?考慮兩種極限情況：輸入端口阻抗為0或?yàn)闊o(wú)窮大時(shí)，端口完全無(wú)法吸收功率，此時(shí)反射功率與入射功率相等，而端口吸收為0;當(dāng)端口的輸入阻抗與傳輸線阻抗完全相同時(shí)，輸入功率完全被端口吸收，反射功率為0，此時(shí)我們稱之為匹配（Match），實(shí)際電路中，為了讓RF信號(hào)沿著設(shè)計(jì)的路徑通過(guò)，所有端口間應(yīng)盡可能匹配！

2.5什么叫調(diào)制？

調(diào)制是將需要傳輸?shù)?a target="_blank">信息編碼和處理，使其適合傳輸?shù)倪^(guò)程。一般的調(diào)制過(guò)程是指將基帶信號(hào)搬移到更高的頻帶內(nèi)。將基帶信號(hào)搬移到更高的頻帶內(nèi)。

? 為什么需要調(diào)制？

1.基帶信號(hào)一般不適合直接傳輸，需要將其移至適合在傳輸媒介傳輸和頻帶范圍內(nèi)。

2.提高頻率利用效率。

3.利用較高的頻帶傳輸信號(hào)可有效降低接收和發(fā)送天線的尺寸（如語(yǔ)音信號(hào)不加以調(diào)制， 其最小波長(zhǎng)（F=20KHz時(shí)）為15Km）

4.可讓多個(gè)使用者同時(shí)復(fù)用一個(gè)頻段。

?模擬調(diào)制：被調(diào)制信號(hào)為模擬信號(hào)。

分為：幅度調(diào)制（AM），頻率調(diào)制（FM）和相位調(diào)制（PM）

?數(shù)字調(diào)制：被調(diào)制信號(hào)為數(shù)字信號(hào)。

分為：振幅鍵控（ASK），頻移鍵控（FSK），相移鍵控（QSK），開關(guān)鍵控調(diào)制（OOK）以及ASK與PSK的組合調(diào)制如（DPSK，QPSK，8PSK等）

3.射頻電路中的常用元件和功能 （General Components and TheirFunction）

1.分路器（Splitter）

2.耦合器（Coupler）

3.衰減器（Attenuator）

4.終端（Terminator）

5.功率放大器（Power Amplifier）

6.隔離器（Isolator）

?分路器： 將一路輸入信號(hào)分為兩路或多路的無(wú)源RF器件，多數(shù)情況下所有輸出信號(hào)功率相等，特殊情況也有N:1分路器，輸入大功率信號(hào)時(shí)該器件稱為功分器。

?下圖為Wilkinson分路器模型：

?耦合器： 將兩路或多路RF信號(hào)耦合到一路信號(hào)中的器件，該器件主要作于增加信號(hào)功率。

?RF電路中較常使用的一類既可用作分路器也可用作耦合器的器件，稱為Hybrid，該器件用作分配器時(shí)除了分配功率外還可改變輸出信號(hào)的相位，但是用作耦合器時(shí)也要將輸入信號(hào)的相位錯(cuò)開。

?衰減器：衰減器是一類無(wú)源雙端口器件，信號(hào)從一個(gè)端口進(jìn)入，當(dāng)信號(hào)從另一端口輸出時(shí)信號(hào)幅值會(huì)有一定的衰減，我們將輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的功率的差值（對(duì)數(shù)）稱為衰減值，單位為dB（相對(duì)值）

?衰減器另一重要的參數(shù)為輸入信號(hào)功率，由于RF信號(hào)功率絕大多數(shù)都會(huì)轉(zhuǎn)化為熱功率，因此較大功率的衰減器都會(huì)有散熱片，并且功率越大，體積越大。

步進(jìn)衰減器和電可調(diào)衰減器

步進(jìn)衰減器：如上圖電路，將多個(gè)不同衰減器串連起來(lái)，通過(guò)開關(guān)有切換可以得到不同的衰減值，這樣的衰減器即為步進(jìn)衰減器。

電可調(diào)衰減器：將上圖的電路集成到芯片內(nèi)部，再利用邏輯電路對(duì)和開關(guān)進(jìn)行控制，即可得到電可調(diào)衰減器，其衰減值可在線編程設(shè)定。

?終端（Terminator）是一個(gè)RF負(fù)載，無(wú)源器件，特性阻抗應(yīng)于RF電路的特性阻抗相同（一般為50Ω），主要用來(lái)消耗無(wú)用的RF功率，將其轉(zhuǎn)化為熱能。

?與衰減器類似，由于散熱方面的原因，較大功率的終端表面布滿散熱片，并且額定輸入功率越大，體積越大。

?正常工作的終端表面溫度較高，使用時(shí)應(yīng)注意以防燙傷。

?功率放大器是一類將RF信號(hào)幅值放大的有源器件，低頻電路中的放大電路使用方法類似，但使用時(shí)應(yīng)注意輸入輸出阻抗匹配。

增益（Gain）：在工作范圍內(nèi)，功率放大器輸出信號(hào)與輸入信號(hào)功率的（對(duì)數(shù)）差值。

1dB壓縮點(diǎn)：由于放大器本身特性和工作環(huán)境，隨著功率放大器輸入功率增加到一定范圍，放大器增益開始減小，當(dāng)增益減小1dB時(shí)，此時(shí)的輸入功率稱為1dB壓縮點(diǎn)。該參數(shù)定義了放大器的工作范圍。

噪聲系數(shù)（Noise Figure）：放大器輸出信號(hào)的信噪比（信號(hào)與噪聲的比值）與輸入信號(hào)信噪比的差值。由于放大器本身的噪聲和環(huán)境噪聲，輸出信號(hào)的信噪比一定會(huì)比輸入信號(hào)的信噪比差。

?隔離器是一種鐵氧體磁性元件，是利用鐵氧體材料的旋磁效應(yīng)制成的，其內(nèi)部的射頻信號(hào)只會(huì)沿一個(gè)特性的方向流動(dòng)，即從端口1進(jìn)去的信號(hào)只會(huì)從端口2出來(lái)，端口2進(jìn)去的信號(hào)只會(huì)從端口3出來(lái)，端口3進(jìn)出的信號(hào)只會(huì)從端口1出來(lái)。

使用如下圖所示的連接后，端口1的功率會(huì)流到端口2，從端口2反向流進(jìn)的功率會(huì)在端口3被電阻（終端）消耗，而不會(huì)流到端口1，故實(shí)現(xiàn)信號(hào)的單向流動(dòng)，稱為“隔離”。這樣有利于保護(hù)輸出功率器件（一般為放大器）被外界信號(hào)破壞。

4.射頻測(cè)試中的常用儀器介紹 （General Instruments In RF Test）