实用射频模拟电路基础知识.pdf

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 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 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。 1-1 图 趋肤深度示意图 1 d (1-1) 2pf sm 式中： f —频率,单位Hz m —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 。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 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 的同一量级。毫无疑义,地线的尺寸也是可以与 相比拟。这时,不能再认为直 l