从历史的角度来看 , 就在不久之前 , 也就是20世纪初 , 支持RF信号链的RF工程学还是一门新兴的学科 。如今 , RF技术和射频器件深深根植于我们的生活 , 没有它们 , 现代文明可能不会存在 。生活中有无数非常依赖RF信号链的示例 , 这将是我们讨论的焦点 。
在我们深入探讨之前 , 我们先来了解RF的实际含义 。乍一看 , 这似乎是一个简单的问题 。我们都知道 , RF表示射频 , 此术语的通用定义规定了特定的频率范围:MHz至GHz电磁频谱 。但是 , 如果我们仔细查看其定义并进行比较 , 就会发现 , 它们只是对RF频谱的实际边界的定义不同 。鉴于我们可能经常在与特定频率无关的其他环境中广泛使用该术语 , 所以 , 此术语变得更加令人费解 。那么 , RF是什么?
通过关注RF的突出特性 , 包括相移、电抗、耗散、噪声、辐射、反射和非线性 , 可以确立一致的定义基础 , 涵盖多种含义 。1这个基础代表了现代包罗万象的定义 , 不依赖于单个方面或特定数值来区分RF和其他术语 。术语RF适用于许多具有构成此定义 特性的任何电路或组件 。
我们已设定了本次探讨的背景 , 现在可以开始进入正题 , 分析图1中的通用RF信号链 。其中使用分布式元件电路模型来体现电路中的相位偏移 , 在较短的RF波长下这种偏移不可忽略 , 因此该集总电路的近似表示不适用于这些类型的系统 。RF信号链中可能包括各种各样的分立式组件 , 如衰减器、开关、放大器、检测器、合成器和其他RF模拟器件 , 以及高速ADC和DAC 。将所有这些组件组合起来用于特定应用 , 其总体标称性能将取决于这些分立式组件的组合性能 。
文章插图
图1.一个通用RF信号链
因此 , 为了设计一个能够满足目标应用的特定系统 , RF系统工程师必须能够真正从系统级视角考虑 , 且对基础的关键概念和原则有一致的理解 。这些知识储备非常重要 , 为此 , 我们编写了这篇讨论文章 , 它包含两个部分 。之一部分的目标是:简要介绍用于确定RF器件的特性和量化其性能的主要特性和指标 。第二部分的目标是:深入介绍可用于针对所需应用开发RF信号链的各种单个组件及其类型 。在本文中 , 我们将重点讨论之一部分 , 并考虑与RF系统相关的主要特性和性能指标 。
RF术语简介
目前有多种参数用于描述整个RF系统及其分立式模块的特性 。根据应用或用例 , 其中一些特性可能极其重要 , 其他特性则不太重要或无关紧要 。仅通过本文 , 肯定无法对如此复杂的主题展开全面分析 。但是 , 我们将尝试按照共同的思路 , 也就是将一系列复杂的相关内容转变为平衡、易于理解的RF系统属性和特性指南 , 从而简明全面地概述最常见的RF性能 。
基本特性
散射矩阵(或S矩阵)是在描述RF系统行为时需要用到的一个基本术语 。我们可以使用S矩阵 , 将复杂的RF *** 表示为简单的N端口黑盒 。常见的2端口RF *** (例如放大器、滤波器或衰减器)示例如图2所示 , 其中Vn+是n端口入射波电压的复振幅 , Vn– 是n端口反射波电压的复振幅 。2当其所有端口都以匹配负载端接时 , 我们可以通过散射矩阵来描述该 *** , 其中的元素(或S参数)根据这些电压波之间的关系来量化RF能量如何通过系统传播 。现在 , 我们使用S参数来表示典型RF *** 的主要特性 。
文章插图
图2.用S矩阵表示的2端口 ***
在 *** 匹配的情况下 , S21相当于端口1到端口2的传输系数(S12也可以按类似 *** 定义) 。以对数标度表示的幅度|S21|代表输出功率与输入功率的比值 , 称为增益或标量对数增益 。此参数是放大器和其他RF系统的重要指标 , 它也可以取负值 。负增益表示固有损耗或失配损耗 , 通常用其倒数表示 , 即插入损耗(IL) , 这是衰减器和滤波器的典型指标 。
如果我们现在考虑同一端口的入射波和反射波 , 则可以如图2所示来定义S11和S22 。当其他端口以匹配负载端接时 , 这些项相当于相应端口的反射系数|Γ| 。根据公式1 , 我们可以将反射系数的大小与回波损耗(RL)相关联:
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