微波技術 - 射頻電路板的原理與應用

1., 是什麼 射頻電路板?

射頻簡稱RF，射頻是射頻電流板，它是一種高頻交流電磁波的縮寫。 每秒變化小於1000次的交流電稱為低頻電流，大於1000次的交流電稱為高頻電流，而射頻就是這樣一種高頻電流。

射頻電路是指將訊號的電磁波長按與電路或設備大小相同的數量級進行處理的電路。 此時，由於器件尺寸與導線尺寸之間的關係，電路需要用分佈參數理論來處理。 這種電路可視為射頻電路，對其頻率沒有嚴格要求。 例如，長距離傳輸交流傳輸線（50或60 Hz）有時需要用射頻理論來處理。

2., 原理和發展 射頻電路板

射頻電路最重要的應用領域是無線通訊。 圖A是典型無線通訊系統的框圖。 下麵以該系統為例，分析射頻電路在整個無線通訊系統中的作用。

圖A：典型射頻系統框圖

這是一個無線通訊收發器的系統模型，包括發射電路、接收電路和通信天線。 該收發器可用於個人通信和無線局域網。 在本系統中，數位處理部分主要是對數位信號進行處理，包括採樣、壓縮、編碼等，然後通過A／D轉換器轉換成類比形式，再轉換成類比信號電路單元。

類比信號電路分為兩部分：發射部分和接收部分。

發射部分的主要功能是：通過混頻器將D-A轉換輸出的低頻類比信號和本地振盪器提供的高頻載波上轉換為射頻調製訊號，並通過天線將射頻訊號輻射到空間中。 接收部分的主要功能是：空間輻射訊號通過天線耦合到接收電路，接收到的微弱訊號通過低雜訊放大器放大，本地振盪訊號通過混頻器下變頻為包含中頻訊號分量的訊號。 濾波器的作用是濾除有用的中頻訊號，然後輸入A／D轉換器將其轉換為數位信號，然後進入數位處理部分進行處理。

接下來，將在圖a的方框圖中討論低雜訊放大器（LNA）的通用射頻電路的組成和特性。

圖B顯示了該放大器的電路板圖，以TriQuint公司的tga4506 sm為例。 請注意，輸入信號通過匹配的濾波器網絡輸入到放大器模塊。 一般來說，放大器模塊採用電晶體的共發射極結構，其輸入阻抗必須與低雜訊放大器前面濾波器的輸出阻抗相匹配，以確保最佳的傳輸功率和最小的反射係數。 這種匹配對於射頻電路設計是必要的。 此外，低雜訊放大器的輸出阻抗必須與後端混頻器的輸入阻抗相匹配，這可以確保放大器的輸出信號可以完全輸入混頻器而不發生反射。 這些匹配網絡由微帶線和有時獨立的無源器件組成。 然而，它們在高頻下的電特性與低頻下的電特性大不相同。 從圖中還可以看出，微帶線實際上是一條具有一定長度和寬度的覆銅帶，微帶線與片狀電阻器、電容器和電感相連。

圖B tga4506 sm PCB佈局

在電子學理論中，當電流流過導體時，導體周圍會形成磁場； 當交流電通過導體時，導體周圍會形成交變電磁場，稱為電磁波。

當電磁波的頻率低於100kHz時，電磁波會被表面吸收，無法形成有效傳輸。 然而，當電磁波的頻率高於100kHz時，電磁波可以在空氣中傳播並通過大氣外緣的電離層反射，形成遠距離傳輸能力。 我們把具有遠距離傳輸能力的高頻電磁波稱為射頻。 高頻電路基本上由無源元件、有源元件和無源網絡組成。 高頻電路中使用的元件的頻率特性不同於低頻電路中使用的元件。 高頻電路中的無源線性元件主要有電阻器（電容器）、電容器（電容器）和電感（電容器）。

在電子技術領域，射頻電路板的特性不同於普通的低頻電路板。 主要原因是高頻條件下的電路特性不同於低頻條件下的電路特性，囙此需要運用射頻電路理論來理解射頻電路的工作原理。 在高頻下，雜散電容和雜散電感對電路有很大的影響。 雜散電感存在於導體連接和元件本身的內部自感中。 雜散電容存在於電路導體之間以及元件和接地之間。 在低頻電路中，這些雜散參數對電路的效能影響很小。 隨著頻率的新增，雜散參數的影響越來越嚴重。 在早期的VHF波段電視接收機中，雜散電容的影響非常大，囙此不再需要添加額外的電容器。

此外，射頻電路中還存在趨膚效應。 與直流電不同，電流在直流條件下流過整個導體，而在導體表面高頻流動。 囙此，高頻交流電阻大於直流電阻。

高頻電路板的另一個問題是電磁輻射的影響。 隨著頻率的新增，當波長與電路尺寸12相當時，電路成為輻射體。 此時，電路之間、電路與外部環境之間會產生各種耦合效應，從而導致許多干擾問題。 這些問題在低頻時往往無關緊要。

隨著通信技術的發展，通信設備的頻率日益新增。 射頻（RF）和微波（MW）電路廣泛應用於通信系統中。 高頻電路的設計一直受到業界的特別關注。 新型半導體器件使高速數位系統和高頻類比系統不斷擴展。 微波射頻識別系統（RFID）的載波頻率分別為915MHz和2450MHz； 全球定位系統（GPS）的載波頻率為1227.60mhz和1575.42MHz； 個人通信系統中的射頻電路工作在1.9GHz，可以集成到更小尺寸的個人通信終端中； 4GHz上行連結包含在C波段衛星廣播通信系統通信連結和6GHz下行連結通信連結中。 通常，這些電路的工作頻率在1GHz以上，隨著通信技術的發展，這一趨勢將繼續下去。 然而，它不僅需要特殊的設備和裝置，還需要直流和低頻電路中沒有的理論知識和實踐經驗。