手机射频讲义.ppt

* 2004-09-13 Guofu.Zheng@ GSM系统的无线频谱分配： 1930-1990 1850-1910 PCS 1805-1880 1710-1785 DCS 925-960 880-915 GSM900 869-894 824-849 GSM850 Rx band Tx band Unit (MHz) GSM系统工作在UHF频段，其真空中电磁波波长为15cm~33cm，跟手机尺寸相当，所以手机射频电路设计部分要引入波的概念，跟我们通常所说的高频电子线路原理有很大区别。 电容的射频特性： 这是个0402的22pF贴片电容射频特性，在1253MHz时电容发生谐振，阻抗很小。 应用：滤波，信号耦合impedance 阻抗 不同容值的电容特性： 15pF 22pF 56pF 100nF 47uF 不同容值的电容其谐振点不一样。所以在电源上并联了多个容值不等的电容以滤除不同频段的杂波。 射频电路中能量以波的形式存在或传播 平行双导线，在低频中各点的电压、电流相同。 在UHF电路中平行双导线上各点的电压、电流不再一样。 理论和实践表明，平行双导线上电压、电流以波的形式存在和分布。 平行双导线上电压、电流分布 正向波和反向波叠加 |U| |I| 电压幅度分布 电流幅度分布 传输线上各点的阻抗模 |Z|=|U|/|I|,不再是常数，即传输线上各点的阻抗是空间的函数。 散射参数 由于在射频中测量电压和电流几乎不太可能，而且电压、电流的幅度和相位是空间的函数，用电压、电流来描述射频信号和器件的特性不切实际。散射参数的引入为器件特性的描述或者信号传输特性的描述提供了可能。 多端口器件 1端口 n端口 各端口均接匹配负载，一端口反射系数S11＝一端口归一化反射波电压 / 一端口归一化入射波电压。 传输参数Sn1= n端口归一化出射波电压 /一端口归一化入射波电压 散射参数 S11表征反射波电压幅度和角度的量，|S11|*|S11|则表示了反射波反射回能量的百分率。 回波损耗Return loss=10*log(|S11|*|S11|)=20*log(|S11|) 如果|S11|=0.5,则反射回的能量为25％,相应的回波损耗为－6dB 对于二端口网络，|S21|*|S21|表示信号能量从一端口传到二端口的百分率。 插入损耗Insert loss= -20*log(|S21|) 如果|S21|=0.5,则传输的能量为25％，相应的插入损耗为6dB. 手机中常见的传输线类型 传输线的特性阻抗: 其中L为传输线单位长度的电感，C为传输线单位长度的电容。 手机中传输线的要求 （1）特性阻抗设计成50欧姆 （2）插入损耗很小，一般小于0.5dB Note: 当传输线终端接阻抗为ZL的负载时，传输线上的反射系数|S11|=|(ZL-Z0)/(ZL+Z0)|，其中Z0为传输线的特性阻抗。 当传输线上终端负载等于传输线的特性阻抗时，反射系数最小，这正是要把终端负载阻抗匹配成50欧姆的原因。 Smith 圆图简介 用来测量散射参数的网络分析仪中，Smith圆图是一种结果显示方式，用它可以很直观地看到反射系数和终端负载阻抗的关系，给电路阻抗分析、匹配网络设计、噪声系数计算、放大器稳定性分析等带来很大方便。 S11= (ZL-Z0)/(ZL+Z0) 在圆图中ZL作归一化处理 手机天线介绍 功能：能有效接收和发射电磁波 根据天线理论，天线要能有效接收和发射电磁波，其尺寸应与相应的电磁波波长相当。以四分之一波长的线天线为例，GSM900的天线长度大概在8～9cm。 而现在的手机体积越来越小，留给天线的空间相当有限，有时手机天线的设计是个问题。 手机天线的参数 阻抗 天线是个终端器件，要求其阻抗在50欧姆左右，如果不是50欧姆那得通过阻抗匹配网络变成50欧姆，以达到无线信号的最佳发送和接收。反映在反射系数上，要求反射系数小于0.5，回波损耗小于－6。 方向图 天线向各个方向的辐射性能肯定不一样，把各个方向的辐射强度描绘在三维坐标图上就构成了天线的方向图。 由于是移动通信，手机天线要求在大多数方向都能有较好的辐射性能。 手机天线的参数 效率 手机天线上也有电阻分量，其输入的射频能量并不能全部传输出去，有一部分能量会以热能的形式消耗掉。 天线的效率＝传输出去的能量 / 输入的能量 手机内置天线的效率一般在30％－40％，外置天线的效率一般在40％－70％ 手机天线的参数 增益 Input power Isotropic antenna 接收到能量a In