射頻電路設計學習(定稿)解析課件

1、RF Circuit Design Special edition for MOTECH SeminarDecember 05, 2005 MOTECH12 射頻電路應用日益廣泛 高性能計算機CPU工作頻率已達到1.7G赫茲以 上，工作頻率已達到射頻微波頻段 通信設備工作頻率日益提高 GSM、CDMA、 PHS工作頻率為射頻頻率 未來3G產品的廣泛應用培養(yǎng)射頻人才，普及射頻知識成為社會和學校的共同需要RF Circuit Design 常用無線電波頻段分布3MOTECH射頻電路常用基本單位4MOTECHRF濾波器前置放大器IF帶通濾波器RF濾波器LNA接收天線功率分配器功率放大器升頻器IF放大

2、器BaseProcessorUnit(BPU)GainControllerPADPADPLLVCO無線通訊系統(tǒng)射頻發(fā)、收機電路方塊圖6 射頻電路的設計方法： 場的方法基于麥克斯韋方程的設計方法 路的方法基于基爾霍夫定律基本原理的設計方 法 射頻電路基礎理論： 雙線傳輸線理論 微波網絡理論RF Circuit Design7 雙線傳輸線理論長線-傳輸線幾何尺寸與其上所傳輸的電磁波的波長 還長或者可以比擬某一瞬間傳輸線上各點電壓或電流大小和方向均不相同短線-傳輸線幾何尺寸遠小于其上所傳輸的電磁波長傳輸線上各點電壓或電流大小和方向近似相等電長度-傳輸線幾何尺寸與其上所傳輸的電池波長的比值RF Cir

3、cuit DesignTransmission Line Theory1confine E and H fields betweensignal line and ground Poynting Factor P = E x HGuided modes of EM waves:TEMTETM8MOTECHPropagation constant（ g） and characteristic impedance（Zo）:Equivalent Circuit of a transmission line:LRGCR, L, G, C:for unit length9Transmission Lin

4、e Theory3MOTECH傳輸線理論雙線傳輸線的特性阻抗入射波、反射波反射系數 Smith圓圖阻抗匹配常用反射損耗 （RL）& 電壓駐波比 （VSWR）對照表11MOTECH常見傳輸線實際結構圖同軸線（coaxial cable）帶狀線（stripline）微帶線（microstrip）縫隙傳輸線（slot line）共面波導（coplanar waveguide）懸置微帶線（suspended microstrip）矩形波導（rectangular waveguide）圓形波導（cylindrical waveguide）翼片波導（fin line）介質波導（dielectric wav

5、eguide）光纖（optical fiber)傳輸線特性12MOTECHHow Smith chart is generated:LetMatching the real and imaginary parts of (1):constant ReZL circles: center (r/(r+1),0), radius 1/(r+1)constant ImZL circles: center (1,1/x), radius 1/xSmith Chart113MOTECHSmith Chart514+jx-jx+jb-jbInductiveCapacitiver =0g= r =g=0MO

6、TECH導體微帶線金屬導體帶條與接地板構成的傳輸線導體 h介質材料t微帶線基本設計參數 基板參數 ：介電常數、介質損耗角正切、基板高度和導線厚度 電特性參數：特性阻抗、工作頻率、工作波長、波導波長和電長度 微帶線參數：寬度、長度和單位長度衰 減量 微帶線可用來購成電容、電感、濾波器、耦合器微帶線可用來購成電容、電感、濾波器、耦合器等微帶線可用來購成電容、電感、濾波器、耦合器等微帶線可用來購成電容、電感、濾波器、耦合器等微帶線可用來購成電容、電感、濾波器、耦合器等微帶線可用來購成電容、電感、濾波器、耦合器等23微波網絡理論低頻電路端口以電壓電流表示，對應網絡參量 - Z、Y參量射頻電路端口以反射

7、波入射波表示,對應網絡參量 - 散射參量(S參數)RF Circuit Design2-PortNetworka1a22-PortNetworkI1V1I2V2ZLb2b2ZsVgH參數Y參數Z參數S參數24Network Parameters for 2-port NetworkMOTECH24散射矩陣（S參數） S a1a2b2b1比如對一個二端口網絡：b1=S11a1+S12a2b2=S21a1+S22a2 b = s a ai、bi分別為輸入、輸出信號的振幅大小。S參數的意義(二)在RF-2000中：S11-回波損耗RL匹配負載a2=0PiPrS21-插入損耗TPt27 射頻鐵三角 頻

8、率、功率、阻抗頻率：射頻信號分析-頻域；低頻信號分析-時域 傅立葉變換-溝通時間-頻率的數學表達式功率：射頻信號-功率；低頻信號-電壓、電流阻抗：射頻電路-共軛匹配 RF Circuit DesignSmall Signal Amplifier1 ( Max. Gain Design )S11 S12S21 S22 輸出匹配電路輸入匹配電路SIN = S11LGOS = IN*L = OUT *GS GL OUT = S22 放大器電路方塊圖R SR L單向優(yōu)劣系數（Unilateral Figure of Merit，M） 轉換增益（Transducer Gain） 最大增益誤差比 MOTE

9、CH28Small Signal Amplifier2雙向放大器設計（Bilateral Amplifier Design） S =IN* 及 L =OUT* 單向放大器設計（Unilateral Amplifier Design） IN = S11 及 OUT = S22 S = S11* 及 L = S22* 最大單項轉換增益（Maximum Unilateral Transducer Gain） MOTECH29Small Signal Amplifier3放大器的穩(wěn)定條件（Stability Criteria） 絕對穩(wěn)定（Unconditionally stable) 穩(wěn)定系數（sta

10、bility factor） 條件穩(wěn)定（Conditionally stable） 輸出穩(wěn)定圓（Load Stability Circle）: 輸入穩(wěn)定圓（Source Stability Circle）: K 1 ， |S11| 1 且 |S22| 1，|S11| 1，|S22| 1|cS| - rS| 1，|S11| 1 或 |cL| - rL| 1，|S22| 1| S22 | 1| S11 | 1a.絕對穩(wěn)定圓示意圖穩(wěn)定區(qū)域（斜線區(qū)）b.有條件穩(wěn)定圓示意圖cLrLcSrS| |cL| - rL | 1| S22 | 1| |cS| - rS | 1| S11 | 絕對穩(wěn)定 MOTECH32Small Signal Amplifier5MOTECH33最大增益設計穩(wěn)定系數K1,|S11|=0.471;|S22|=0.310.03故采用雙向化最大增益設計法最佳輸入反射系數sm=0.853; Zsm=3.984+3.216j最佳輸出反射系數Lm=0.822; ZLm=36.914+123.127jGtmax=21.064匹配網絡設計Zin=Zsm*=3.984-3.216j利用Smith圓