射频电路设计学习定稿

射频电路设计学习定稿第1页，共36页，2023年，2月20日，星期六2射频电路应用日益广泛高性能计算机CPU工作频率已达到1.7G赫兹以上，工作频率已达到射频微波频段通信设备工作频率日益提高GSM、CDMA、PHS工作频率为射频频率未来3G产品的广泛应用培养射频人才，普及射频知识成为社会和学校的共同需要RFCircuitDesign•••第2页，共36页，2023年，2月20日，星期六常用无线电波频段分布3MOTECH第3页，共36页，2023年，2月20日，星期六射頻电路常用基本单位4MOTECH第4页，共36页，2023年，2月20日，星期六

RF滤波器前置

放大器IF带通滤波器RF滤波器LNA接收天线功率分配器功率放大器升频器IF放大器BaseProcessorUnit(BPU)GainControllerPADPADPLLVCO无线通讯系统

射频发、收机电路方块图第5页，共36页，2023年，2月20日，星期六6射频电路的设计方法：•场的方法—基于麦克斯韦方程的设计方法•路的方法—基于基尔霍夫定律基本原理的设计方法射频电路基础理论：•双线传输线理论•微波网络理论RFCircuitDesign第6页，共36页，2023年，2月20日，星期六7

双线传输线理论长线--传输线几何尺寸与其上所传输的电磁波的波长λ还长或者可以比拟某一瞬间传输线上各点电压或电流大小和方向均不相同短线--传输线几何尺寸远小于其上所传输的电磁波长传输线上各点电压或电流大小和方向近似相等电长度--传输线几何尺寸与其上所传输的电池波长的比值RFCircuitDesign•••第7页，共36页，2023年，2月20日，星期六TransmissionLineTheory1confineEandHfieldsbetweensignallineandground

PoyntingFactor

P=ExHGuidedmodesofEMwaves:TEMTETM8MOTECH第8页，共36页，2023年，2月20日，星期六Propagationconstant（g）andcharacteristicimpedance（Zo）:EquivalentCircuitofatransmissionline:LRGCR,L,G,C:forunitlength9TransmissionLineTheory3MOTECH第9页，共36页，2023年，2月20日，星期六传输线理论•双线传输线的特性阻抗•入射波、反射波•反射系数•

Smith圆图•阻抗匹配第10页，共36页，2023年，2月20日，星期六常用反射损耗（RL）&电压驻波比（VSWR）对照表11MOTECH第11页，共36页，2023年，2月20日，星期六常见传输线实际结构图同轴线（coaxialcable）带状线（stripline）微带线（microstrip）缝隙传输线（slotline）共面波导（coplanarwaveguide）悬置微带线（suspendedmicrostrip）矩形波导（rectangularwaveguide）圆形波导（cylindricalwaveguide）翼片波导（finline）介质波导（dielectricwaveguide）光纤（opticalfiber)传输线特性12MOTECH第12页，共36页，2023年，2月20日，星期六HowSmithchartisgenerated:LetMatchingtherealandimaginarypartsof(1):constantRe[ZL]circles:center(r/(r+1),0),radius1/(r+1)constantIm[ZL]circles:center(1,1/x),radius1/xSmithChart113MOTECH第13页，共36页，2023年，2月20日，星期六SmithChart514+jx-jx+jb-jbInductiveCapacitiver=0g=r=g=0MOTECH第14页，共36页，2023年，2月20日，星期六导体微带线——金属导体带条与接地板构成的传输线导体

h介质材料t第15页，共36页，2023年，2月20日，星期六微带线基本设计参数

•基板参数：介电常数、介质损耗角正切、基板高度和导线厚度

•电特性参数：特性阻抗、工作频率、工作波长、波导波长和电长度

•微带线参数：宽度、长度和单位长度衰减量

第16页，共36页，2023年，2月20日，星期六微带线可用来购成电容、电感、滤波器、耦合器第17页，共36页，2023年，2月20日，星期六微带线可用来购成电容、电感、滤波器、耦合器等

第18页，共36页，2023年，2月20日，星期六微带线可用来购成电容、电感、滤波器、耦合器等

第19页，共36页，2023年，2月20日，星期六微带线可用来购成电容、电感、滤波器、耦合器等第20页，共36页，2023年，2月20日，星期六微带线可用来购成电容、电感、滤波器、耦合器等第21页，共36页，2023年，2月20日，星期六微带线可用来购成电容、电感、滤波器、耦合器等第22页，共36页，2023年，2月20日，星期六23微波网络理论低频电路端口以电压电流表示，对应网络参量-Z、Y参量射频电路端口以反射波入射波表示,对应网络参量-散射参量(S参数)RFCircuitDesign第23页，共36页，2023年，2月20日，星期六2-PortNetworka1a22-PortNetworkI1V1I2V2ZLb2b2ZsVgH参数Y参数Z参数S参数24NetworkParametersfor2-portNetworkMOTECH24第24页，共36页，2023年，2月20日，星期六散射矩阵（S参数）[S]a1a2b2b1比如对一个二端口网络：b1=S11a1+S12a2b2=S21a1+S22a2[b]=[s][a]ai、bi分别为输入、输出信号的振幅大小。第25页，共36页，2023年，2月20日，星期六S参数的意义(二)在RF-2000中：S11----回波损耗RL匹配负载a2=0PiPrS21----插入损耗TPt第26页，共36页，2023年，2月20日，星期六27射频铁三角频率、功率、阻抗频率：射频信号分析-频域；低频信号分析-时域傅立叶变换-沟通时间-频率的数学表达式功率：射频信号-功率；低频信号-电压、电流阻抗：射频电路-共轭匹配

RFCircuitDesign第27页，共36页，2023年，2月20日，星期六SmallSignalAmplifier1(Max.GainDesign)S11S12S21S22

输出匹配电路输入匹配电路ΓSΓIN=S’11ΓLGOΓS=ΓIN*ΓL=ΓOUT*GS

GLΓOUT=S’22

放大器电路方块图RSRL单向优劣系数（UnilateralFigureofMerit，M）

「转换增益」（TransducerGain）

最大增益误差比

MOTECH28第28页，共36页，2023年，2月20日，星期六SmallSignalAmplifier2双向放大器设计（BilateralAmplifierDesign）

ΓS=ΓIN*

及ΓL=ΓOUT*

单向放大器设计（UnilateralAmplifierDesign）

ΓIN=S11及ΓOUT=S22

ΓS=S11*

及ΓL=S22*

「最大单项转换增益」（MaximumUnilateralTransducerGain）

MOTECH29第29页，共36页，2023年，2月20日，星期六SmallSignalAmplifier3放大器的稳定条件（StabilityCriteria）

绝对稳定（Unconditionallystable)

稳定系数（stabilityfactor）

条件穩定（Conditionallystable）

「输出稳定圆」（LoadStabilityCircle）:「输入稳定圆」（SourceStabilityCircle）:

K>1，|S11|<1且|S22|<1||cS|-rS|>1，|S11|<1且||cL|-rL|>1，|S22|<1||cS|-rS|<1，|S11|<1或||cL|-rL|<1，|S22|<1半径圆心半径圆心MOTECH30第30页，共36页，2023年，2月20日，星期六SmallSignalAmplifier4cLrLcSrS||cL|-rL|>1|S22|<1||cS|-rS|>1|S11|<1a.绝对稳定圆示意图稳定区域（斜线区）b.有条件稳定圆示意图cLrLcSrS||cL|-rL|<1|S22|<1||cS|-rS|<1|S11|<1稳定区域（斜线区）不稳定区域（交叉区）MOTECH31第31页，共36页，2023年，2月20日，星期六SmallSignalAmplifier5Freqency(GHz)S11S21S12S22Mag.Ang.Mag.Ang.Mag.Ang.Mag.Ang.0.50.49-15312.7980.030500.42-350.60.48-15910.7940.034520.39-350.70.48-1639.3900.037530.38-350.80.47-1678.2870.040550.37-360.90.47-1707.3850.044560.36-371.00.47-1716.6820.047570.37-381.50.441774.9710.065590.40-422.00.411633.4610.083580.42-45AT41511设计一900MHz放大器。其中电源为12VDC，输出输入阻抗为50Ω。AT41511之S参数表(VCE=8V，IC=25mA，Zo=50Ω，TA=25℃)如下列。

「输入稳定圆」圆心距离的大小|cS|=2.675,大于其半径的大小rS=1.644

「输入稳定圆」圆心距离的大小|cL|=4.123,大于其半径的大小rL=3.085

=>「绝对稳定」

MOTECH32第32页，共36页，2023年，2月20日，星期六SmallSignalAmplifier5MOTECH33最大增益设计稳定系数K>1,|S11|=0.47<1;|S22|=0.31<1单向化系数M=0.083>0.03故采用双向化最大增益设计法最佳输入反射系数Γsm=0.853;Zsm=3.984+3.216j最佳输出反射系数ΓLm=0.822;ZLm=36.914+123.127jGtmax=21.064匹配网络设计Zin=Zsm*=3.984-3.216j利用Smith圆图