射頻電路設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)(定稿)解析課件

1、RF Circuit Design Special edition for MOTECH SeminarDecember 05, 2005 MOTECH12 射頻電路應(yīng)用日益廣泛 高性能計(jì)算機(jī)CPU工作頻率已達(dá)到1.7G赫茲以 上，工作頻率已達(dá)到射頻微波頻段 通信設(shè)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(chǎn)品的廣泛應(yīng)用培養(yǎng)射頻人才，普及射頻知識成為社會和學(xué)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(jī)電路方塊圖6 射頻電路的設(shè)計(jì)方法： 場的方法基于麥克斯韋方程的設(shè)計(jì)方法 路的方法基于基爾霍夫定律基本原理的設(shè)計(jì)方 法 射頻電路基礎(chǔ)理論： 雙線傳輸線理論 微波網(wǎng)絡(luò)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?shù)碾姶挪ǖ牟ㄩL 還長或者可以比擬某一瞬間傳輸線上各點(diǎn)電壓或電流大小和方向均不相同短線-傳輸線幾何尺寸遠(yuǎn)小于其上所傳輸?shù)碾姶挪ㄩL傳輸線上各點(diǎn)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?shù)碾姵夭ㄩL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(shù) 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(shí)際結(jié)構(gòu)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(dǎo)（coplanar waveguide）懸置微帶線（suspended microstrip）矩形波導(dǎo)（rectangular waveguide）圓形波導(dǎo)（cylindrical waveguide）翼片波導(dǎo)（fin line）介質(zhì)波導(dǎo)（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(dǎo)體微帶線金屬導(dǎo)體帶條與接地板構(gòu)成的傳輸線導(dǎo)體 h介質(zhì)材料t微帶線基本設(shè)計(jì)參數(shù) 基板參數(shù) ：介電常數(shù)、介質(zhì)損耗角正切、基板高度和導(dǎo)線厚度 電特性參數(shù)：特性阻抗、工作頻率、工作波長、波導(dǎo)波長和電長度 微帶線參數(shù)：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(wǎng)絡(luò)理論低頻電路端口以電壓電流表示，對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)參量 - Z、Y參量射頻電路端口以反射

7、波入射波表示,對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)參量 - 散射參量(S參數(shù))RF Circuit Design2-PortNetworka1a22-PortNetworkI1V1I2V2ZLb2b2ZsVgH參數(shù)Y參數(shù)Z參數(shù)S參數(shù)24Network Parameters for 2-port NetworkMOTECH24散射矩陣（S參數(shù)） S a1a2b2b1比如對一個二端口網(wǎng)絡(luò)：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(shù)的意義(二)在RF-2000中：S11-回波損耗RL匹配負(fù)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(shí)域 傅立葉變換-溝通時(shí)間-頻率的數(shù)學(xué)表達(dá)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(shù)（Unilateral Figure of Merit，M） 轉(zhuǎn)換增益（Transducer Gain） 最大增益誤差比 MOTE

9、CH28Small Signal Amplifier2雙向放大器設(shè)計(jì)（Bilateral Amplifier Design） S =IN* 及 L =OUT* 單向放大器設(shè)計(jì)（Unilateral Amplifier Design） IN = S11 及 OUT = S22 S = S11* 及 L = S22* 最大單項(xiàng)轉(zhuǎn)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(shù)（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(shè)計(jì)穩(wěn)定系數(shù)K1,|S11|=0.471;|S22|=0.310.03故采用雙向化最大增益設(shè)計(jì)法最佳輸入反射系數(shù)sm=0.853; Zsm=3.984+3.216j最佳輸出反射系數(shù)Lm=0.822; ZLm=36.914+123.127jGtmax=21.064匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)Zin=Zsm*=3.984-3.216j利用Smith圓