射频和无线技术入门--其它器件--4

射频和无线技术入门--其它器件--4

  • 1.概述
  • 2.开关
    • 功能
    • 性能
    • 类型
      • 机电开关
      • 固态开关
      • 电极和射程
    • 系统应用
  • 3.衰减器
    • 功能
    • 类型
      • 固定衰减器
      • 电压可变衰减器
      • 数字衰减器
  • 4.分配器和组合器
    • 功能
    • 系统应用
  • 5.耦合器
    • 工作
    • 类型
      • 定向和双向耦合器
      • 正交耦合器
  • 6.循环器
    • 功能
    • 系统应用

1.概述

在射频系统中还有许多其它器件,它们从不同方向或多个方向发送射频信号,或者改变信号的大小和形状。所有这些其它器件在射频系统中有效地合作,并最终完成无线通信。主要有11个用于射频系统的器件及其衍生件。开关、分配器、组合器、耦合器、循环器和隔离器,在系统内的一个或多个方向上重新路由选择射频信号。这些器件的一个主要设计目标是在重新路由选择信号时,使插入损耗最小化。另一方面,在保持射频信号形状的同时,衰减器、变换器、检测器、移相器和相位检测器改变射频信号的大小和本质。

2.开关

功能

改变射频信号的路径,就像火车铁轨的转接器。任何在两个方向上工作得很好的器件通常被称为双向的。那么两个火车(射频信号)能同时从轨道A和B过来,但是只有一个连到N的能通过。所有开关都是有源设备。

性能

当设计射频开关时,需要注意两个关键性能参数。第一个重要的性能参数是损耗。射频开关有两种不同的损耗。射频开关有两种不同的损耗。一个射频信号从N到A(直接连接)将会经历一些损耗。从N到A的路径是低损耗路劲,射频信号所经历的损耗叫做插入损耗。在射频开关的低损耗路径中插入损耗是1dB或者更小。另一个方面,如果N点信号到达B(开路),将不会成功,因此从N到B的路径是开路,所以是高损耗路径。可以这样想,开路同样也有插入损耗(只是比闭路的要高)。另一个重要的性能参数就是转换速度,它可以用来测量开关从一个位置转换到另一个位置所需要的时间。通常地,尽可能快的转换速度。

类型

机电开关

在射频系统中,有两种基本类型的开关:机电和固态。机电开关类似于食堂里控制灯的墙壁开关。在机电开关中,控制信号在交换过程中引起接触,改变物理位置。机电开关的优点就是它们可以处理高功率射频信号,因为它们的插入损耗很低,而且绝缘性很高。由于这个原因,它们经常用于射频测试设备中。相比之下,关于机电开关的其他性能都是坏的。它们又大又沉,转换速度慢,损耗又高。转换速度在毫秒数量级,这在射频中是永恒的。

固态开关

另一种开关的固态开关,这意味着这种开关的核心是某种半导体设备。和机电开关不同,当这种开关转换时,在固态开关内没有东西真正在动,这使它们工作站非常快,尽管它们不能像机电开关那样处理大信号。固态开关的转换时间是纳秒级的十亿分之一秒。

电极和射程

所有的射频开关按照电极和射程分为不同类型,开关中央的大圆点称为电极。电极就是连接开关活动部分的校链。一个开关可以有一个或多个电极。本质上说,每个电极代表开关内一个分离的开关,但是,单个开关内不同电极不是独立的,它们同时进行转换。

系统应用

假设蜂窝电话想用它的天线即接收又发送。电话将使用T/R开关,天线连接到N路径,接收机连到A路径,发射机连到B路径,每次信号进入时,将天线转换到接收机路径上,每次信号出去时,将它转换到发射机路径上。T/R开关不仅能很好地工作,而且省去了再用一根天线,而且那恰恰就是许多手机工作的真实情况。任何既连到发射机又连到接收机的开关,被称为发射接收开关,或简称T/R开关。

3.衰减器

功能

衰减器就是反放大器。有时在无线系统中信号太大,这就需要引入衰减器,通过衰减使信号变小。衰减是插入损耗的结果。衰减和插入损耗是等价的。衰减器允许射频工程师在电路中安装一个已知量的插入损耗。

类型

固定衰减器

衰减器可以分为两种类型:固定的和可变的。固定衰减器使信号经受固定量的损耗,以dB来度量。有时固定衰减器被称为常量衰减器。一个典型的固定衰减器可能会表现出3dB的插入损耗,因此是3dB衰减器,出来的信号是进去的信号的一半大小。

电压可变衰减器

另一种衰减器叫做可变衰减器。可变衰减器允许射频工程师在任何时候通过使用外部控制,来控制确切的衰减(插入损耗)量。有两种不同类型的可变衰减器:电压可变衰减器(VVA)和数字衰减器。两者都是有源器件。
电压可变衰减器在给定衰减范围内变化衰减,受外部控制电压控制,通常用在反馈的连接中。

数字衰减器

另一种可变衰减器使数字衰减器。不像VVA的单输入控制,数字衰减器有多个输入控制,每个控制不同的衰减值。最容易的理解就是把数字衰减器看成是一束固定衰减器,它们都在一排,可以在任何时候换进电路或者换出电路。

4.分配器和组合器

功能

分配器负责信号分配,表面上看,一个信号顺着路径N游荡,信号功率的一半顺着路径A,而另一半顺着路径B。信号被分成了两部分,它的形状保持不变,但是功率变小了。分配器也叫作功率分配器。反过来的过程的称作组合器。所有的功率分配器和组合器都是无源器件。

系统应用

无线系统在同一个地方需要使用两个相同的发射机。两个发射机需要两套东西,包括两个功率放大器,两个混频器,两个信号源等。如果单独使用一个振荡器,他的输出分成两个部分(通过分配器)。一个信号送到一个混频器,另一个信号送到另一个混频器。把相同的信号发往不同的地方时,就使用分配器。

5.耦合器

工作

耦合器工作的原理是对射频信号取样,假设目标是要从天线发射一个橙色的信号。在信号辐射出来之前,在天线前放置一个耦合器来对信号进行采样。只要样本是橙色的,就万事大吉。但是如果耦合器采样的信号变成了红色。在这时,采用会告诉电路的其他部分准备黄色,这恰恰就是耦合器的作用。一个耦合器对一个射频信号采样,如果有什么不对的地方,返回时就告诉其他器件进行改变。也可以解释为反馈。在射频系统中,耦合器经常用作反馈电路的一部分。耦合器是无源器件。

类型

定向和双向耦合器

定向耦合器有一个采样端口,只在一个方向工作。双向耦合器在两个方向上工作,有两个采样端口。
另外可以把定向耦合器看成是双路的分配器,其中功率被不均匀分配,其中99%的功率到达输出,1%到达采样端口。
除了插入损耗,定向耦合器的关键性能参数是耦合准确性。为了使耦合器工作正常,必须确切的知道从采样端口出来的信号量,不能随着频率,时间,温度或其他因素变化。

正交耦合器

不像定向耦合器带有采样端口,正交耦合器几乎和双向功率分配器完全一样。它们的输出功率在两个输出间被均分。双向功率分配器和正交耦合器间的区别就是正交耦合器中两个输出是反相的。

6.循环器

功能

建立在电磁定律基础上,循环器结合磁铁和一种特殊类型的材料即铁素体来完成这奇特的功能。

系统应用

任何从天线进行的信号顺着循环器的特定路线到达预定的接收机。任何从发射机出来的信号顺着循环器的特定路线到达预定的天线。循环器就像一个智能开关,不必实际去转换什么。循环器是无源器件。

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