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1、第一章射频电子学基础1-1射频模拟电路概述射频电路不同于其他电路,这是由于在较高的工作频率下,电路工作中的一些现象难于理解,分布参数在影响着这些电路。分布参数—分布电容与引线电感,既看不见又摸不着。分布电容存在于二个导体之间、导体与元器件之间、导体与地之间或者元件之间。引线电感,顾名思义是一种元件间连接导线的电感,有时,也称之为内部构成电感。这些分布参数的影响在直流和低频时是不严重的。但是,随着频率的增加,影响越来越大。例如,在VHF和UHF频段,分布参数会影响接收机前端调谐电路。因此,在这种调谐电路中,需要可调整的电容。RF频段
2、介于集中参数频段与分布参数频段之间,集中参数频段可用“路”的概念来分析,分布参数则用“场”的概念来分析。RF频段是一种相对概念,事实上,他与电路尺寸有关,电路尺寸只要小于八分之一导波波长(l),就可用路的概念来分析电路。18GHz是公认的微波频率,但某公g司就完全用集中参数构成了这频段的压控振荡器,整个电路尺寸小于1mm,用放大镜才可看到电感线圈，这种微波压控振荡器完全可用路的概念来分析。上述分析说明：RF电路既可用路的概念分析问题,又可用分布参数概念—长线理论来分析,或者说,用“路”分析时，还要考虑分布参数的影响。这样,给RF电
3、路分析带来了复杂性、双重性。在RF时,趋肤效应的影响很严重。术语“趋肤效应”是指这样一种事实：ac电流流经导体时趋向于导体外边部分,而dc电流流经整个导体。随着频率的升高,趋肤效应形成了一个较小的导流带,结果,形成了大于dc电阻的ac电阻。根据分析,电流密度分布从表面起到导体中心按指数规律迅速减小(图1-1),定义趋肤深度d为电流密度降到表面电流密度1/e=1/2.718=0.368处的临界深度。趋肤效应引起的最明显的影响就是引起信号传输途径中的损耗增加。图1-1趋肤深度示意图1d=(1-1)2pfsm式中：f—频率,单位Hzm—
4、导磁率,单位亨利/米s—电导率,单位s/米式(1-1)清楚的告诉我们,随着频率的升高,电流愈趋向表面,这也是名词趋肤效应的来由。RF电路中发现的另外一个问题是信号很容易从电路内向外部和在电路内部之间辐射。这样,造成了电路内部元件之间、电路与他的环境之间、他的环境与电路之间的互相耦合。这种耦合又称之为寄生耦合,电路元件之间的耦合造成了RF电路中的寄生反馈,引起电路的不稳定及性1能下降。电路中的信号向外辐射造成了二个后果,RF电路中的损耗增加及干扰环境中的其他RF电路。当然,第三种寄生耦合造成了环境中的RF电路(若干个)对本身RF电路
5、的干扰。可以这样说,RF电路中产生的干扰及其他很多奇奇怪怪的效应都是这种互耦造成的。例如,RF电路中的放大器很容易就成为了振荡器,而RF振荡器偏偏又不起振,或者振荡不稳定。互耦造成RF电路的不稳定,或工作在临界稳定状态—亚稳定状态,当工作条件或环境温度发生变化时,电路即变为不稳定状态。互耦效应在dc电路中及低频电路中是见不到的,或者是可以忽略的。RF电路的信号传输常常是从集中参数的观点出发的,双根线传输信号,其中一根线作为公共参考线—地线。地线作为信号电压公共的零电压点,又是信号电流的回线,又是有源器件直流电压的参考点和直流电流的
6、回线。因此,在构成RF电路时,地线的布局、尺寸、形状、连结等等是非常重要的。当然,在低频电路时,电路中地线的布局也很重要。但是,在RF电路中,电路的尺寸己处于导波波长l的同一量级。毫无疑义,地线的尺寸也是可以与l相比拟。这时,不能再认为直gg流等电位的地线,交流电位也是相同的。这种交流电位的差异引起了寄生反馈(见图1-2),同样的造成电路不稳定和性能下降。RLRL····图1-2地线上电位差引起的寄生反馈克服RF电路中寄生反馈的有效手段之一是屏蔽。所谓屏蔽就是把易引起电磁辐射的元器件用金属盒封蔽起来或者隔离开来,切断(或削弱)他们
7、的电磁耦合途经,金属外壳要妥然接地(见图1-3)。图1-3屏蔽盒及接地RF电路中的另外一个重要问题是公用电源的去耦合问题。RF有源电路中,必须提供电源。一般情况下,系统中使用了很多种类的有源器件,功率晶体管,小信号放大使用的晶体管,集成芯片,CPU,MMIC,等等,因此,供电电源的种类繁多,如:+24V,+18V,+15V,+12V,+9V,+5V,+3.3V及上述种类的负电压。但是,在设计RF电路及系统中,为了简化电路,提高电路及系统的可靠性要尽可能的减少电源的种类。也就是说,在电路设计中,要选用供电电压相同的器件与集成芯片,换
8、句话说,这些有源器件共用一组电源—公用电源。电路与系统中若干个单元电路使用公共电源带来了另2外一个问题。由于公用电源中每一个单元电路的交、直流分量都要通过电源。电源都是非理想的,他具有内阻。通过这个公用内阻,把这些单元电路互相耦合在一起,当然,主要
