第二章射频通信电路基础-1

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1、 本章节介绍了射频通信电路中噪声、非线性以及常用的微带传输线等各种元件的特性和工作原理。 包括：1.噪声 限制了系统所能处理的限制了系统所能处理的最低最低信号电平信号电平2.微带传输线 射频通路中的连线不再仅仅表示连接关系射频通路中的连线不再仅仅表示连接关系3.S参数 无法准确测量电压电流时测量入射波和反射波无法准确测量电压电流时测量入射波和反射波4.阻抗变换抑制反射实现匹配抑制反射实现匹配5.元件 射频微波无源和有源元件射频微波无源和有源元件6.非线性 限制了系统所能处理的限制了系统所能处理的最高最高电平电平1. 噪声噪声1. 起伏噪声的起伏噪声的基本特性基本特性2.2.电子器件内噪声的电子

2、器件内噪声的来源及等效电路来源及等效电路3. 衡量系统噪声性能的衡量系统噪声性能的指标指标噪声系数与等效噪声温度噪声系数与等效噪声温度宇宙微波背景辐射宇宙微波背景辐射噪声是一种随机信号，可分为外部噪声和内部噪声。外部噪声是指噪声源噪声是一种随机信号，可分为外部噪声和内部噪声。外部噪声是指噪声源来自本身系统以外的，包括自然噪声和人为噪声；内部噪声来源于通信系来自本身系统以外的，包括自然噪声和人为噪声；内部噪声来源于通信系统内部中的各元器件统内部中的各元器件 2.1 起伏噪声起伏噪声起伏噪声的起伏噪声的特点特点（以电阻热噪声为例）：（以电阻热噪声为例）：随机性、电流脉冲持续时间短、平均值为零随机性

3、、电流脉冲持续时间短、平均值为零噪声的起伏强度可用起伏噪声电流噪声的起伏强度可用起伏噪声电流(电压电压)的均方值（的均方值（root mean square value）表示，均方值得求法如下。）表示，均方值得求法如下。设起伏噪声电流、电压为设起伏噪声电流、电压为 ，其平均值分别为，其平均值分别为 ，计算，计算以下期望值：以下期望值： ()()nni tv t、nniv、221( ( )lim( ( )2TnnnnnTTIE i tii tidtT221( )lim( )2TnnnnnTTVE v tvv tvdtT描述起伏噪声的几个重要概念：描述起伏噪声的几个重要概念：（1）频谱）频谱 极宽

4、，几乎占据整个无线电频段极宽，几乎占据整个无线电频段（2）功率谱密度）功率谱密度 单位：单位：dBm/Hz )( fS频带频带 内的内的功率功率：21)(ffVVdffSP12fff2nI2nV噪声噪声电压均方值电压均方值 噪声噪声电流均方值电流均方值212( )fnIfISf df电流功率谱密度电流功率谱密度( )ISf电压功率谱密度电压功率谱密度 ( )VSf212( )fnVfVSf df（3 3）等效噪声带宽）等效噪声带宽白噪声白噪声: 是常数是常数)( fS)()(1222121ffSdfSfdfSIIffIffIn)( fSi输入输入功率谱密度功率谱密度系统系统传递函数传递函数输出

5、输出功率谱密度功率谱密度)( jfH)( fSo2)()()(fHfSfSio00222)()()(dffHSdffHfSViin白噪声通过线性系统白噪声通过线性系统噪声通过线性系统噪声通过线性系统)()(0202fHdffHBL等效噪声带宽等效噪声带宽定义定义系统系统总输出噪声总输出噪声22200( )( )()niiLVSfH fdfS Hf B2.1.2 电路噪声表示电路噪声表示1 电阻的热噪声及等效电路电阻的热噪声及等效电路1. 功率谱密度功率谱密度RkTSI14kTRRSSIV42电流电流电压电压白噪声白噪声3. 有噪电阻的串并联有噪电阻的串并联4. 额定噪声功率额定噪声功率条件条件

6、: 匹配匹配NAB44AkTRBNkTBR与电阻与电阻R无关无关与温度有关与温度有关2. 等效电路等效电路串联串联 无噪电阻无噪电阻R串噪声电压源串噪声电压源并联并联无噪电阻无噪电阻R并噪声电流源并噪声电流源2nV2nI2 双极型晶体管的噪声双极型晶体管的噪声 bbr1 . 基区电阻基区电阻 热噪声热噪声 白噪声白噪声2,bbn rV2. 散粒噪声散粒噪声功率谱密度功率谱密度02qISI3. 噪声等效电路噪声等效电路3 场效应管的噪声场效应管的噪声1. 沟道电阻热噪声沟道电阻热噪声 04dIgkTS2. 噪声等效电路噪声等效电路BgkTIdDn0,43. 闪烁噪声闪烁噪声 噪声噪声f1fWLC

7、KSOXV12,2n ccIqI B2,2n bbIqI B2,4bbn rbbVkTr B4 4 电抗元件的噪声电抗元件的噪声电抗元件的噪声来源于它的损耗电阻电抗元件的噪声来源于它的损耗电阻热噪声热噪声5 两端口网络的等效输入噪声源两端口网络的等效输入噪声源 等效等效2nV串联串联噪声噪声电压源电压源 2nI并联并联噪声噪声电流源电流源 2nV2nI输入端输入端短路短路，将有噪网络的输出噪声功率等效到输入端的值，将有噪网络的输出噪声功率等效到输入端的值 输入端输入端开路开路，将有噪网络的输出噪声功率等效到输入端的值，将有噪网络的输出噪声功率等效到输入端的值 求法：求法：2,DnI例例2-12

8、-1：如图所示，场效应管放大器的场效应管输出噪声电流为如图所示，场效应管放大器的场效应管输出噪声电流为LR2,RLnV负载电阻负载电阻 的热噪声是的热噪声是 。解：解：（1）首先求放大器的增益首先求放大器的增益放大器交流等效电路如图示，放大器交流等效电路如图示，电压增益电压增益LmiLimiVRgVRVgVVA0（2）求放大器总输出噪声求放大器总输出噪声2222,n on RLn DLVVIR2nI2nV求：求：该放大器对应的等效输入噪声源该放大器对应的等效输入噪声源 和和 放大器（4）求等效输入噪声求等效输入噪声电流源电流源2nI输入端开路输入端开路此时输出端的噪声均由此时输出端的噪声均由

9、产生：产生：2nI2222222,()()()niVnimLn oIZAIZg RV则则2222,2,2)(iLmLDnRLnnZRgRIVI不考虑不考虑负载噪声负载噪声222,2imDnnZgII（3 3）求等效输入噪声求等效输入噪声电压源电压源2nV输入端短路输入端短路此时输出噪声均由此时输出噪声均由 产生，则：产生，则：2nV222222,222222()n on RLn DLn RLn DnVmLmLmVVIRVIVAg Rg Rg22,2mDnngIV不考虑不考虑负载噪声负载噪声2.1.3 2.1.3 噪声系数噪声系数1 1 噪声系数定义噪声系数定义ooiioiNPNPSNRSNRF

10、/ 有噪有噪 网络网络()iSNR()oSNRFdBNFlog10)(2 2 噪声系数与等效输入噪声源的关系噪声系数与等效输入噪声源的关系信号源信号源SV外输入噪声源外输入噪声源2SRV输入信噪比输入信噪比()iSRN内部噪声源内部噪声源 和和2nV2nI输出输出噪声功率噪声功率输出输出信号功率信号功率信号源信号源SV输出信噪比输出信噪比()oSRNSnSnRSSnnRSoiRKTBIKTBRVVRIVVSNRSNRF1441)()(2222222 122()11()44innoSSSNRVIFSNRKTBRKTBR 对噪声系数的理解对噪声系数的理解有噪网络的噪声系数一定大于有噪网络的噪声系数

11、一定大于1噪声系数与网络内部噪声大小有关噪声系数与网络内部噪声大小有关网络的噪声系数与外部源噪声有关网络的噪声系数与外部源噪声有关与源噪声温度与源噪声温度 T 有关有关测量噪声系数时，规定标准噪声温度测量噪声系数时，规定标准噪声温度 T0=290k 噪声匹配噪声匹配噪声系数最小噪声系数最小最佳源内阻最佳源内阻与源内阻与源内阻R 有关有关例例2 2：图示的两端口网络只是一个电阻，求该网络的噪声系数。图示的两端口网络只是一个电阻，求该网络的噪声系数。 解解:该网络的功率增益为该网络的功率增益为:VO200200/(/)/()OSSPSSSVRRRRGVRRRR等效噪声电路如图等效噪声电路如图 22