什么是高频特性
对于电子系统而言,一个非常重要的性能指标就是其高频特性。高频特性指的是某个电路在高频区间内的表现,通俗的说就是网络的射频特性。
为什么要关注高频特性
在高频【1)】区间处的电路行为可能与低频【2)】下存在重要的区别。所以,在设计高频电路时,如果我们想知道一个组件或器件在其工作频率附近的行为以及如何选择合适的元器件和封装,就必须了解其高频特性。
哪些参数影响高频特性?
有时候,太多参数影响了电路的高频特性。就像在做饭的时候,单单盐就够我们头疼了,还要考虑油,酱油、醋等配料要放的多少。高频电路的设计也如此,要考虑的问题太多,不能稍有放松。以下是该解决的最显著的参数:
电容
由于电容器的大小都很小,因此高频电路中通常采用电容与电感串连来构建各种加载和馈送网络。电容器的损耗和温度很大程度上都取决于其结构和材料。这也是为什么选择尽可能小的电容,在高频电路中是一个重要的因素。
电感
对于电感元件,高频上的特性也与材料、结构和使用条件密切相关。对于高频线圈,它们的损失和Q值(品质系数)都是与高频工作条件相关的。因此,对于高频应用,在选择电感器时建议选择高Q值的元件。
晶体管
在射频电路中,晶体管代表着最常用最有效的类固态功率放大器,但其实这种元器件在压控振荡器、混频器和其他应用中也很流行。在晶体管的高频特性中,S参数(包括S11,S12,S21和S22)往往是最受关注的参数之一。
衰减器
衰减器常用于测试场合以及无线电频率转换器中作为衰弱和平移电路,为了在不影响其他元器件的性能的情况下,尽量降低信号级别(如在射频电路中), 在衰减器选择上,我们需要关注这些参数:频率响应、带内波纹、耦合(场合判断)、VSWR(电压驻波比)、输入 /输出匹配和损耗等。
如何优化高频特性
在高频电路设计中,设计者可以考虑采用以下措施优化高频特性:
减少 PCB 杂散参数
PCB上的杂散参数会对高频特性造成很大的影响。如分析gndviaduct, gndcavities,或其他铜板间的距离,直金属布线,减小到最小可能。
短截面匹配
关于阻抗,我们需要一种更方便易操作的实现方案,方法是采用短截面匹配技术,可在微带线上实现匹配。测试证明,该技术在LMX2531锁相环电路band较宽的设计中效果显著。
优化射频信号传输
在数字领域,信号源和信号控制使用数字逻辑技术,可以大幅度提高系统工作速度。在高频领域,如果数据量和工作频率不适当,则可能会出现失真。在这种情况下,我们需要通过滤波和信号匹配等技术来优化信号的传输。
高频特性的应用领域
高频特性十分关键,在广泛的信号和频率范围内实现了电路和系统。以下列举了一些高频领域普遍使用的元素。
无线电通信
一些在RF射频电路中常用的元器件有晶体管(包括LDMOS、GaAs、InP、GaN),电容、电感器、响应策略等等
雷达和电子侦测
在雷达和电子侦测应用中,使用的射频、微波和毫米波元器件都需要良好的高频特性,如天线、功率放大器、射频变换器和带通滤波器等。
医疗诊断和治疗设备
高频电路应用在医疗设备中,例如超声波、医疗图像和微波治疗。在这些领域中,高频特性是设计过程中至关重要的特性之一。
结论
在电子工程领域,高频特性是不可或缺的。在设计电路和系统时,设计者应该认真考虑因素会影响高频特性,正确选用元器件和降低 PCB 的杂散参数,优化高频电路。掌握这些技能,能够更好地解决在无线电通信,雷达和电子侦测,医疗设备等领域的实际问题。