射頻電路理論與設計(第2版)-第1章課件

射頻電路理論與設計（第2版）《射頻電路理論與設計（第2版）》射頻電路理論與設計《射頻電路理論與設計（第2版）》

《射頻電路理論與設計（第2版）》《射頻電路理論與設計（第2版）》

本書有配套的仿真教材《ADS射頻電路設計基礎與典型應用（第2版）》。2本書在多個章節(jié)都有互動。《射頻電路理論與設計（第2版）》注重理論設計，而《ADS射頻電路設計基礎與典型應用（第2版）》注重仿真設計?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》 本書有配套的仿真教材《ADS射頻電路設

例如：《射頻電路理論與設計（第2版）》例7.5、例7.6、例7.7和例7.8中的濾波器，在《ADS射頻電路設計基礎與典型應用（第2版）》的第10章和第11章用ADS實現(xiàn)了版圖；《射頻電路理論與設計（第2版）》例8.1、例8.6、例8.8、例9.5和例9.9中的輸入穩(wěn)定性圓、輸出穩(wěn)定性圓，等增益圓、等噪聲圓、等駐波比圓和等Q值曲線，在《ADS射頻電路設計基礎與典型應用（第2版）》的第7章用ADS實現(xiàn)了在Smith圓圖上畫圖；《射頻電路理論與設計（第2版）》第2章、第3章和第6章中的集總參數(shù)匹配網(wǎng)絡、單支節(jié)匹配網(wǎng)絡、

阻抗匹配網(wǎng)絡和混合匹配網(wǎng)絡，在《ADS射頻電路設計基礎與典型應用（第2版）》的第12章、第13章、第14章和第15章用ADS實現(xiàn)了應用；《射頻電路理論與設計（第2版）》第4章中的功率分配器和分支定向耦合器，在《ADS射頻電路設計基礎與典型應用（第2版）》的第8章和第9章用ADS實現(xiàn)了版圖；《射頻電路理論與設計（第2版）》第9章和第11章中的增益壓縮和三階交調(diào)，在《ADS射頻電路設計基礎與典型應用（第2版）》的第13章和第15章用ADS實現(xiàn)了仿真曲線；《射頻電路理論與設計（第2版）》第8章和第11章中的最小噪聲放大器和單平衡混頻器，在《ADS射頻電路設計基礎與典型應用（第2版）》的第12章和第15章用ADS實現(xiàn)了具體設計；《射頻電路理論與設計（第2版）》第1章中的射頻通信系統(tǒng)，在《ADS射頻電路設計基礎與典型應用（第2版）》的第16章用ADS實現(xiàn)了超外差式接收機設計和通信鏈路預算?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》例如：《射頻電路理論與設計（第2版）》

第1章引言《射頻電路理論與設計（第2版）》第1章《射頻電路理論與設計（第2版）》

在射頻頻段，電路出現(xiàn)了許多獨特的性質(zhì)，這些性質(zhì)在常用的低頻電路中從未遇到，因此需要建立新的射頻電路理論體系。射頻電路理論是電磁場理論與傳統(tǒng)電子學的融合，它將電磁場的波動理論引入電子學，形成了射頻電路的理論體系和設計方法?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》 在射頻頻段，電路出現(xiàn)了許多獨特的性質(zhì)，這些性質(zhì)在常用的低頻

射頻概念1.1射頻系統(tǒng)1.3射頻電路的特點1.2本書安排1.4《射頻電路理論與設計（第2版）》射頻概念1.1射頻系統(tǒng)1.3射頻電路的特點1.2本書安排11.1射頻概念

在電子通信領域，信號采用的傳輸方式和信號的傳輸特性是由工作頻率決定的。目前射頻（RadioFrequency）沒有一個嚴格的頻率范圍定義，廣義地說，可以向外輻射電磁信號的頻率稱為射頻；而在電路設計中，當頻率較高、電路的尺寸可以與波長相比擬時，電路可以稱為射頻電路。《射頻電路理論與設計（第2版）》1.1射頻概念 在電子通信領域，信號采用的傳輸方式和信號

對于電磁頻譜，按照頻率從低到高（波長從長到短）的次序，可以劃分為不同的頻段，電子通信的發(fā)展歷程，實際上就是所使用的載波頻率由低到高的發(fā)展過程。電通信的容量幾乎與所使用的頻率成正比，對通信容量的要求越高，使用的頻率就越高。由于應用領域的眾多，對頻譜的劃分有多種方式，而今較為通用的頻譜分段法是由IEEE建立的，見表1.1?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》 對于電磁頻譜，按照頻率從低到高（波長從長到短）的次序，可

《射頻電路理論與設計（第2版）》表1.1 《射頻電路理論與設計（第2版）》表1.1

《射頻電路理論與設計（第2版）》表1.1（續(xù)） 《射頻電路理論與設計（第2版）》表1.1（續(xù)）

一般認為，當頻率高于30MHz時電路的設計就需考慮射頻電路理論；而射頻電路理論應用的典型頻段為幾百MHz至4GHz，在這個頻率范圍內(nèi)，電路需要考慮分布參數(shù)的影響，低頻的基爾霍夫電路理論不再適用。需要說明的是，隨著射頻電路的廣泛應用和不斷發(fā)展，射頻的頻率范圍還在向更高的頻率延伸，已有資料將射頻的高端頻率定為大于4GHz。《射頻電路理論與設計（第2版）》 一般認為，當頻率高于30MHz時電路的設計就

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《射頻電路理論與設計（第2版）》為什么要關注射頻電路？

目前移動通信（GSM、3G和4G）、全球定位（GPS）、無線局域網(wǎng)（WLAN）、寬帶無線接入系統(tǒng)（WIMAX）和射頻識別（RFID）等領域，工作頻率都已經(jīng)達到GHz頻段。近年來歐洲、美國、日本、澳大利亞和中國等國家相繼在60GHz附近劃分出免許可的ISM頻段，其中我國開放了59GHz～64GHz頻段。這使得與上述應用相匹配的射頻（RF）電路得到了廣泛的應用，并具有良好的前景。

《射頻電路理論與設計（第2版）》為什么要關注射頻電路？

為了有效地傳輸信息，無線通信系統(tǒng)需要采用高頻率信號，這種需要主要由下面3個因素導致。（1）工作頻率越高，帶寬越大。（2）工作頻率越高，天線尺寸越小。（3）射頻電路中電感和電容等元器件的尺寸較小，這使得射頻設備的體積進一步減小?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》 為了有效地傳輸信息，無線通信系統(tǒng)需要采用高頻率信號，這種1.2射頻電路的特點

基爾霍夫電路理論只能用于直流和低頻電路的設計，不能用于射頻電路的設計。低頻頻率與射頻頻率有很大差異，正是由于這種頻率的差異，導致低頻電路理論與射頻電路理論不同。下面將在不同頻率下對電路進行討論，從中可以看出低頻電路與射頻電路顯著不同，對于目前廣泛使用的射頻頻段，必須采用全新的方法加以分析?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》1.2射頻電路的特點 基爾霍夫電路理論只能用于直流和低頻

1.2.1頻率與波長

眾所周知，在自由空間工作頻率與工作波長的乘積等于光的速度，也即

fλ=c=3×108m/s（1.1）

式中，f為工作頻率；λ為工作波長；c為光的速度。式（1.1）的結論是：頻率越高波長越短。射頻頻段有很高的頻率，所以射頻的工作波長很短?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》 1.2.1頻率與波長《射頻電路理論與設計（第2版）》

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1.2.2低頻電路理論是射頻電路理論的特例

低頻電路理論只適用于低頻電路設計，射頻電路理論有更大的適用范圍，低頻電路理論是射頻電路理論的特例?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》 1.2.2低頻電路理論是射頻電路理論的特例《射頻電路理

圖1.1所示的是終端短路傳輸線，根據(jù)射頻電路理論會得到距離短路終端l處的阻抗為

（1.2）《射頻電路理論與設計（第2版）》圖1.1終端短路的傳輸線 圖1.1所示的是終端短路傳輸線，根據(jù)射頻電路理論會得到距

式中Z0為常數(shù)，Z0的取值范圍一般為幾十到幾百之間。式（1.2）改變了低頻電路理論的觀點，因為低頻電路理論會認為Zin=0。下面對式（1.2）加以數(shù)值分析?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》 式中Z0為常數(shù)，Z0的取值范圍一般為幾十到幾百之間。式（

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1.2.3射頻電路的分布參數(shù)

低頻電路理論稱為集總參數(shù)電路理論；射頻電路理論稱為分布參數(shù)電路理論，分布參數(shù)是射頻電路的最大特色?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》 1.2.3射頻電路的分布參數(shù)《射頻電路理論與設計（第

從正弦交流（AC）電路分析中可以知道，電感L和電容C的電抗XL和XC與頻率有關，XL和XC與頻率的關系是

式中，ω為角頻率，ω=2πf。下面考察當電感L=1nH和電容C=1pF時的電抗XL和XC?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》 從正弦交流（AC）電路分析中可以知道，電感L和電容C的電

《射頻電路理論與設計（第2版）》 《射頻電路理論與設計（第2版）》

1.傳輸線上的分布參數(shù)

射頻電路認為傳輸線上到處都分布著電感和電容，所以射頻電路也稱為分布參數(shù)電路。圖1.2一段傳輸線《射頻電路理論與設計（第2版）》 1.傳輸線上的分布參數(shù)圖1.2一段傳輸線《射頻

由于分布參數(shù)的存在，傳輸線上電壓、電流和阻抗的分布與低頻電路完全不同，射頻傳輸線上信號出現(xiàn)了波動性，并導致反射產(chǎn)生，因此需要建立射頻電路理論體系?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》 由于分布參數(shù)的存在，傳輸線上電壓、電流和阻抗的分布與低頻

2.無源器件的寄生參數(shù)

分布參數(shù)的存在還會導致無源器件產(chǎn)生寄生參數(shù)，改變無源器件的參量。電阻、電感或電容的引線都存在寄生電感和寄生電容，寄生參數(shù)使電阻、電感或電容的等效電路變得復雜，例如低頻下的電阻在射頻時可能會產(chǎn)生感性或容性。《射頻電路理論與設計（第2版）》 2.無源器件的寄生參數(shù)《射頻電路理論與設計（第2版）

1.2.4集膚效應

在電路中信號是通過導體傳輸?shù)?，導體存在集膚效應。所謂集膚效應是指當頻率升高時，電流只集中在導體的表面，導體內(nèi)部的電流密度非常小。集膚效應使導線的有效導電橫截面積減小，交流電阻增加。集膚效應如圖1.3所示。《射頻電路理論與設計（第2版）》 1.2.4集膚效應《射頻電路理論與設計（第2版）》

圖1.3集膚效應《射頻電路理論與設計（第2版）》圖1.3集膚效應《射頻電路理論與設計（第2版）》

可以用趨膚深度描述集膚效應的程度。趨膚深度δ定義為 式中μ為導體的磁導率，σ為導體的電導率，導體內(nèi)的電流主要集中在導體表面的趨膚深度內(nèi)?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》 可以用趨膚深度描述集膚效應的程度。趨膚深度δ定義為《射頻

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在射頻電路中，集膚效應引起電路損耗急劇增加，必須考慮分布電阻對射頻電路的影響。在傳輸線上不僅需要考慮電感和電容的分布參數(shù)，還需要考慮電阻的分布參數(shù)，這使得射頻電路與低頻電路顯著不同?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》 在射頻電路中，集膚效應引起電路損耗急劇增加，必須考慮分布

射頻電路與低頻電路的上述差異，不僅導致射頻電路理論與低頻電路理論不同，甚至導致射頻傳輸線采用了同軸線、平行雙導線、帶狀線和微帶線等不同于低頻的特殊結構，產(chǎn)生了獨特的射頻電路理論?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》 射頻電路與低頻電路的上述差異，不僅導致射頻電路理論與低頻

《射頻電路理論與設計（第2版）》微帶線同軸線 《射頻電路理論與設計（第2版）》微帶線同軸線1.3射頻系統(tǒng)

射頻電路主要應用在無線通信領域，各種射頻無線通信系統(tǒng)有類似的結構，下面以移動通信為例介紹射頻系統(tǒng)的基本電路結構及主要特點?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》1.3射頻系統(tǒng) 射頻電路主要應用在無線通信領域，各種射頻

圖1.4射頻系統(tǒng)的一般框圖《射頻電路理論與設計（第2版）》 圖1.4射頻系統(tǒng)的一般框圖《射頻電路理論與設計（第2

《射頻電路理論與設計（第2版）》 《射頻電路理論與設計（第2版）》

在圖1.4中，射頻前端電路的內(nèi)容屬于本書講授的內(nèi)容。射頻前端電路主要由濾波器、放大器、混頻器和振蕩器等功能模塊構成，這些功能模塊可以構成一般的射頻電路系統(tǒng)。

射頻電路的設計方法與普通低頻電路的設計方法不同。不僅射頻放大器的設計與低頻電路不同，射頻濾波器、振蕩器的設計也與低頻電路不同，因此需要在射頻電路理論的基礎上全面學習射頻電路的設計方法。《射頻電路理論與設計（第2版）》 在圖1.4中，射頻前端電路的內(nèi)容屬于本書講

《射頻電路理論與設計（第2版）》 《射頻電路理論與設計（第2版）》

圖16.42超外差式接收機原理圖電路（這是利用ADS進行設計）《射頻電路理論與設計（第2版）》 圖16.42超外差式接收機原理圖電路（這是利用ADS進

《射頻電路理論與設計（第2版）》ADS仿真界面 《射頻電路理論與設計（第2版）》ADS仿真界面

圖16.24系統(tǒng)級仿真例程原理圖（這是利用ADS進行設計）《射頻電路理論與設計（第2版）》 圖16.24系統(tǒng)級仿真例程原理圖（這是利用ADS進行設

《射頻電路理論與設計（第2版）》ADS仿真界面 《射頻電路理論與設計（第2版）》ADS仿真界面1.4本書安排《射頻電路理論與設計（第2版）》共分3部分。

第1部分為射頻電路基礎知識和基本理論。內(nèi)容包括第1章引言和第2～4章，主要介紹射頻電路的基本概念、基本參數(shù)、圖解工具和基本研究方法。第2部分為射頻電路設計。內(nèi)容包括第5～11章的諧振電路設計、匹配電路設計、濾波器設計、放大器設計、振蕩器設計、混頻器設計和檢波器設計。

第3部分為ADS射頻電路仿真簡介。內(nèi)容包括第12章，目的是架起射頻電路理論與ADS射頻仿真設計的橋梁?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》1.4本書安排《射頻電路理論與設計（第2版）》共分3部分

《射頻電路理論與設計（第2版）》《射頻電路理論與設計（第2版）》共有12章內(nèi)容《射頻電路理論與設計（第2版）》《射頻電路理論與設計（第2

《射頻電路理論與設計（第2版）》避開了繁雜的電磁場理論背景知識，從傳輸線理論出發(fā)得到了電壓和電流的波動性，并用射頻網(wǎng)絡的觀點設計射頻電路，同時將史密斯圓圖的圖解方法應用到電路的設計中。本書涵蓋了射頻電路的基本理論和基本設計方法，構成了完整的射頻電路解決方案。《射頻電路理論與設計（第2版）》 《射頻電路理論與設計（第2版）》避開了繁雜的電磁場理論背

《射頻電路理論與設計（第2版）》《射頻電路理論與設計（第2版）》¤幾十個例題?！杓s200個習題，并在書末給出了答案。答案非常詳細，總計有15頁（P333-347）?！杳空赂接兴伎碱}和練習題?！?/p>

有配套的ADS仿真教材《ADS射頻電路設計基礎與典型應用（第2版）》?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》《射頻電路理論與設計（第2

《射頻電路理論與設計（第2版）》

為什么要介紹ADS軟件？

射頻電路設計比較復雜。

射頻電路早期設計是先電磁計算，然后電路設計?，F(xiàn)在隨著需求的不斷提升，指標要求越來越高，而設計周期卻越來越短，因此使用軟件工具已經(jīng)成為射頻電路設計的必然趨勢。在深入理解射頻電路理論的基礎上，結合軟件工具進行設計，是通向射頻電路設計成功的最佳路線。

ADS（AdvancedDesignSystem）由美國安捷倫（Agilent）公司開發(fā)，可以支持射頻電路從模塊到系統(tǒng)的設計，是當前射頻和微波電路設計的首選工程軟件。近幾年，國內(nèi)高校、科研院所和IT公司正推廣使用ADS。 《射頻電路理論與設計（第2版）》為什么要介紹ADS軟件？

ADS軟件是當前射頻電路設計的首選工程軟件，可以支持從模塊到系統(tǒng)的設計。ADS（AdvancedDesignSystem）軟件由美國安捷倫（Agilent）公司開發(fā)，在深入理解射頻電路理論的基礎上，結合軟件仿真工具進行設計，是通向射頻電路設計成功的最佳路線?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》 ADS軟件是當前射頻電路設計的首選工程軟件，可以支持從

《射頻電路理論與設計（第2版）》

安捷倫公司背景

1939年，斯坦福大學電子工程

專業(yè)畢業(yè)的戴維·帕卡德（DavePackard）和比爾·休利特（BillHewlett）創(chuàng)立了惠普公司。1943年惠普公司為海軍研究實驗室開發(fā)了信號發(fā)生器及雷達干擾設備，從而進入微波領域。2000年6月2日，惠普公司把其擁有的安捷倫股份分配給惠普股東，安捷倫公司完全獨立?，F(xiàn)在安捷倫公司的矢量網(wǎng)絡分析儀是全球最優(yōu)秀的同類測量儀器，該儀器是射頻微波行業(yè)最高技術的體現(xiàn)，安捷倫公司也因此成為世界最優(yōu)秀的微波儀器公司。 《射頻電路理論與設計（第2版）》

《ADS射頻電路設計基礎與典型應用（第2版）》本書從ADS初識篇、ADS使用篇到ADS設計篇，循序漸進系統(tǒng)地介紹了ADS。編寫本書的初衷有3個，一是系統(tǒng)介紹ADS的界面構成，使初學者少走彎路，快速入門；二是系統(tǒng)介紹ADS的使用方法和仿真功能，使讀者得到指引和啟發(fā)，掌握ADS的學習要領；三是系統(tǒng)給出ADS射頻電路設計的典型實例，使讀者通過大量工程實例學會ADS射頻電路解決方案?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》 《ADS射頻電路設計基礎與典型應用（第2版）》《射頻電路理

《ADS射頻電路設計基礎與典型應用（第2版）》

本書分為3篇，共16章內(nèi)容。

第1篇（第1章～第3章）為ADS初識篇，簡要地介紹了ADS的基本概況，詳細地介紹了ADS的工作界面（主視窗、原理圖視窗和數(shù)據(jù)顯示視窗）。第2篇（第4章～第6章）為ADS使用篇，系統(tǒng)地介紹了ADS基本操作、ADS仿真功能和ADS自帶的仿真實例，可以全面學習ADS使用方法。

第3篇（第7章～第16章）為ADS設計篇，給出了利用ADS進行設計與仿真的大量實例。其中，第7章～第15章為模塊級設計，包括匹配網(wǎng)絡的設計、定向耦合器的設計、功率分配器的設計、低通濾波器的設計、帶通和帯阻濾波器的設計、低噪聲放大器的設計、功率放大器的設計、振蕩器的設計和混頻器的設計；第16章為射頻通信系統(tǒng)的系統(tǒng)級設計?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》 《ADS射頻電路設計基礎與典型應用（第2版）》《射頻電路理

《射頻電路理論與設計（第2版）》第2篇ADS使用篇

ADS基本操作

ADS仿真概述

ADS仿真例程第3篇

ADS設計篇

集總參數(shù)濾波器的設計

分布參數(shù)低通濾波器的設計

分布參數(shù)帶通和帶阻濾波器的設計

功率分配器的設計

分支定向耦合器的設計

混合環(huán)的設計

匹配網(wǎng)絡的設計

偏置電路的設計

低噪聲放大器的設計

混頻器的設計

射頻振蕩器的設計

射頻接收和發(fā)射系統(tǒng)的設計第1篇ADS初識篇

射頻電路與ADS

ADS主視窗

ADS設計仿真視窗 《射頻電路理論與設計（第2版）》第2篇ADS使用篇

《射頻電路理論與設計（第2版）》射頻電路設計過程 《射頻電路理論與設計（第2版）》射頻電路設計過程

《射頻電路理論與設計（第2版）》ADS設計過程 《射頻電路理論與設計（第2版）》ADS設計過程

《射頻電路理論與設計（第2版）》ADS仿真結果ADS版圖射頻電路理論圖 《射頻電路理論與設計（第2版）》ADS仿真結果AD

學好理論課是基礎

《射頻電路理論與設計（第2版）》學習仿真方法，面向?qū)嶋H設計

《ADS射頻電路設計基礎與典型應用（第2版）》《射頻電路理論與設計（第2版）》 學好理論課是基礎《射頻電路理論與設計（第2版）》

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射頻電路理論與設計（第2版）《射頻電路理論與設計（第2版）》射頻電路理論與設計《射頻電路理論與設計（第2版）》

《射頻電路理論與設計（第2版）》《射頻電路理論與設計（第2版）》

本書有配套的仿真教材《ADS射頻電路設計基礎與典型應用（第2版）》。2本書在多個章節(jié)都有互動。《射頻電路理論與設計（第2版）》注重理論設計，而《ADS射頻電路設計基礎與典型應用（第2版）》注重仿真設計?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》 本書有配套的仿真教材《ADS射頻電路設

例如：《射頻電路理論與設計（第2版）》例7.5、例7.6、例7.7和例7.8中的濾波器，在《ADS射頻電路設計基礎與典型應用（第2版）》的第10章和第11章用ADS實現(xiàn)了版圖；《射頻電路理論與設計（第2版）》例8.1、例8.6、例8.8、例9.5和例9.9中的輸入穩(wěn)定性圓、輸出穩(wěn)定性圓，等增益圓、等噪聲圓、等駐波比圓和等Q值曲線，在《ADS射頻電路設計基礎與典型應用（第2版）》的第7章用ADS實現(xiàn)了在Smith圓圖上畫圖；《射頻電路理論與設計（第2版）》第2章、第3章和第6章中的集總參數(shù)匹配網(wǎng)絡、單支節(jié)匹配網(wǎng)絡、

阻抗匹配網(wǎng)絡和混合匹配網(wǎng)絡，在《ADS射頻電路設計基礎與典型應用（第2版）》的第12章、第13章、第14章和第15章用ADS實現(xiàn)了應用；《射頻電路理論與設計（第2版）》第4章中的功率分配器和分支定向耦合器，在《ADS射頻電路設計基礎與典型應用（第2版）》的第8章和第9章用ADS實現(xiàn)了版圖；《射頻電路理論與設計（第2版）》第9章和第11章中的增益壓縮和三階交調(diào)，在《ADS射頻電路設計基礎與典型應用（第2版）》的第13章和第15章用ADS實現(xiàn)了仿真曲線；《射頻電路理論與設計（第2版）》第8章和第11章中的最小噪聲放大器和單平衡混頻器，在《ADS射頻電路設計基礎與典型應用（第2版）》的第12章和第15章用ADS實現(xiàn)了具體設計；《射頻電路理論與設計（第2版）》第1章中的射頻通信系統(tǒng)，在《ADS射頻電路設計基礎與典型應用（第2版）》的第16章用ADS實現(xiàn)了超外差式接收機設計和通信鏈路預算?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》例如：《射頻電路理論與設計（第2版）》

第1章引言《射頻電路理論與設計（第2版）》第1章《射頻電路理論與設計（第2版）》

在射頻頻段，電路出現(xiàn)了許多獨特的性質(zhì)，這些性質(zhì)在常用的低頻電路中從未遇到，因此需要建立新的射頻電路理論體系。射頻電路理論是電磁場理論與傳統(tǒng)電子學的融合，它將電磁場的波動理論引入電子學，形成了射頻電路的理論體系和設計方法。《射頻電路理論與設計（第2版）》 在射頻頻段，電路出現(xiàn)了許多獨特的性質(zhì)，這些性質(zhì)在常用的低頻

射頻概念1.1射頻系統(tǒng)1.3射頻電路的特點1.2本書安排1.4《射頻電路理論與設計（第2版）》射頻概念1.1射頻系統(tǒng)1.3射頻電路的特點1.2本書安排11.1射頻概念

在電子通信領域，信號采用的傳輸方式和信號的傳輸特性是由工作頻率決定的。目前射頻（RadioFrequency）沒有一個嚴格的頻率范圍定義，廣義地說，可以向外輻射電磁信號的頻率稱為射頻；而在電路設計中，當頻率較高、電路的尺寸可以與波長相比擬時，電路可以稱為射頻電路?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》1.1射頻概念 在電子通信領域，信號采用的傳輸方式和信號

對于電磁頻譜，按照頻率從低到高（波長從長到短）的次序，可以劃分為不同的頻段，電子通信的發(fā)展歷程，實際上就是所使用的載波頻率由低到高的發(fā)展過程。電通信的容量幾乎與所使用的頻率成正比，對通信容量的要求越高，使用的頻率就越高。由于應用領域的眾多，對頻譜的劃分有多種方式，而今較為通用的頻譜分段法是由IEEE建立的，見表1.1?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》 對于電磁頻譜，按照頻率從低到高（波長從長到短）的次序，可

《射頻電路理論與設計（第2版）》表1.1 《射頻電路理論與設計（第2版）》表1.1

《射頻電路理論與設計（第2版）》表1.1（續(xù)） 《射頻電路理論與設計（第2版）》表1.1（續(xù)）

一般認為，當頻率高于30MHz時電路的設計就需考慮射頻電路理論；而射頻電路理論應用的典型頻段為幾百MHz至4GHz，在這個頻率范圍內(nèi)，電路需要考慮分布參數(shù)的影響，低頻的基爾霍夫電路理論不再適用。需要說明的是，隨著射頻電路的廣泛應用和不斷發(fā)展，射頻的頻率范圍還在向更高的頻率延伸，已有資料將射頻的高端頻率定為大于4GHz。《射頻電路理論與設計（第2版）》 一般認為，當頻率高于30MHz時電路的設計就

《射頻電路理論與設計（第2版）》延伸閱讀 《射頻電路理論與設計（第2版）》延伸閱讀

《射頻電路理論與設計（第2版）》延伸閱讀 《射頻電路理論與設計（第2版）》延伸閱讀

《射頻電路理論與設計（第2版）》為什么要關注射頻電路？

目前移動通信（GSM、3G和4G）、全球定位（GPS）、無線局域網(wǎng)（WLAN）、寬帶無線接入系統(tǒng)（WIMAX）和射頻識別（RFID）等領域，工作頻率都已經(jīng)達到GHz頻段。近年來歐洲、美國、日本、澳大利亞和中國等國家相繼在60GHz附近劃分出免許可的ISM頻段，其中我國開放了59GHz～64GHz頻段。這使得與上述應用相匹配的射頻（RF）電路得到了廣泛的應用，并具有良好的前景。

《射頻電路理論與設計（第2版）》為什么要關注射頻電路？

為了有效地傳輸信息，無線通信系統(tǒng)需要采用高頻率信號，這種需要主要由下面3個因素導致。（1）工作頻率越高，帶寬越大。（2）工作頻率越高，天線尺寸越小。（3）射頻電路中電感和電容等元器件的尺寸較小，這使得射頻設備的體積進一步減小。《射頻電路理論與設計（第2版）》 為了有效地傳輸信息，無線通信系統(tǒng)需要采用高頻率信號，這種1.2射頻電路的特點

基爾霍夫電路理論只能用于直流和低頻電路的設計，不能用于射頻電路的設計。低頻頻率與射頻頻率有很大差異，正是由于這種頻率的差異，導致低頻電路理論與射頻電路理論不同。下面將在不同頻率下對電路進行討論，從中可以看出低頻電路與射頻電路顯著不同，對于目前廣泛使用的射頻頻段，必須采用全新的方法加以分析。《射頻電路理論與設計（第2版）》1.2射頻電路的特點 基爾霍夫電路理論只能用于直流和低頻

1.2.1頻率與波長

眾所周知，在自由空間工作頻率與工作波長的乘積等于光的速度，也即

fλ=c=3×108m/s（1.1）

式中，f為工作頻率；λ為工作波長；c為光的速度。式（1.1）的結論是：頻率越高波長越短。射頻頻段有很高的頻率，所以射頻的工作波長很短?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》 1.2.1頻率與波長《射頻電路理論與設計（第2版）》

《射頻電路理論與設計（第2版）》 《射頻電路理論與設計（第2版）》

1.2.2低頻電路理論是射頻電路理論的特例

低頻電路理論只適用于低頻電路設計，射頻電路理論有更大的適用范圍，低頻電路理論是射頻電路理論的特例?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》 1.2.2低頻電路理論是射頻電路理論的特例《射頻電路理

圖1.1所示的是終端短路傳輸線，根據(jù)射頻電路理論會得到距離短路終端l處的阻抗為

（1.2）《射頻電路理論與設計（第2版）》圖1.1終端短路的傳輸線 圖1.1所示的是終端短路傳輸線，根據(jù)射頻電路理論會得到距

式中Z0為常數(shù)，Z0的取值范圍一般為幾十到幾百之間。式（1.2）改變了低頻電路理論的觀點，因為低頻電路理論會認為Zin=0。下面對式（1.2）加以數(shù)值分析?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》 式中Z0為常數(shù)，Z0的取值范圍一般為幾十到幾百之間。式（

《射頻電路理論與設計（第2版）》 《射頻電路理論與設計（第2版）》

1.2.3射頻電路的分布參數(shù)

低頻電路理論稱為集總參數(shù)電路理論；射頻電路理論稱為分布參數(shù)電路理論，分布參數(shù)是射頻電路的最大特色?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》 1.2.3射頻電路的分布參數(shù)《射頻電路理論與設計（第

從正弦交流（AC）電路分析中可以知道，電感L和電容C的電抗XL和XC與頻率有關，XL和XC與頻率的關系是

式中，ω為角頻率，ω=2πf。下面考察當電感L=1nH和電容C=1pF時的電抗XL和XC?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》 從正弦交流（AC）電路分析中可以知道，電感L和電容C的電

《射頻電路理論與設計（第2版）》 《射頻電路理論與設計（第2版）》

1.傳輸線上的分布參數(shù)

射頻電路認為傳輸線上到處都分布著電感和電容，所以射頻電路也稱為分布參數(shù)電路。圖1.2一段傳輸線《射頻電路理論與設計（第2版）》 1.傳輸線上的分布參數(shù)圖1.2一段傳輸線《射頻

由于分布參數(shù)的存在，傳輸線上電壓、電流和阻抗的分布與低頻電路完全不同，射頻傳輸線上信號出現(xiàn)了波動性，并導致反射產(chǎn)生，因此需要建立射頻電路理論體系?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》 由于分布參數(shù)的存在，傳輸線上電壓、電流和阻抗的分布與低頻

2.無源器件的寄生參數(shù)

分布參數(shù)的存在還會導致無源器件產(chǎn)生寄生參數(shù)，改變無源器件的參量。電阻、電感或電容的引線都存在寄生電感和寄生電容，寄生參數(shù)使電阻、電感或電容的等效電路變得復雜，例如低頻下的電阻在射頻時可能會產(chǎn)生感性或容性?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》 2.無源器件的寄生參數(shù)《射頻電路理論與設計（第2版）

1.2.4集膚效應

在電路中信號是通過導體傳輸?shù)模瑢w存在集膚效應。所謂集膚效應是指當頻率升高時，電流只集中在導體的表面，導體內(nèi)部的電流密度非常小。集膚效應使導線的有效導電橫截面積減小，交流電阻增加。集膚效應如圖1.3所示?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》 1.2.4集膚效應《射頻電路理論與設計（第2版）》

圖1.3集膚效應《射頻電路理論與設計（第2版）》圖1.3集膚效應《射頻電路理論與設計（第2版）》

可以用趨膚深度描述集膚效應的程度。趨膚深度δ定義為 式中μ為導體的磁導率，σ為導體的電導率，導體內(nèi)的電流主要集中在導體表面的趨膚深度內(nèi)?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》 可以用趨膚深度描述集膚效應的程度。趨膚深度δ定義為《射頻

《射頻電路理論與設計（第2版）》《射頻電路理論與設計（第2版）》

在射頻電路中，集膚效應引起電路損耗急劇增加，必須考慮分布電阻對射頻電路的影響。在傳輸線上不僅需要考慮電感和電容的分布參數(shù)，還需要考慮電阻的分布參數(shù)，這使得射頻電路與低頻電路顯著不同。《射頻電路理論與設計（第2版）》 在射頻電路中，集膚效應引起電路損耗急劇增加，必須考慮分布

射頻電路與低頻電路的上述差異，不僅導致射頻電路理論與低頻電路理論不同，甚至導致射頻傳輸線采用了同軸線、平行雙導線、帶狀線和微帶線等不同于低頻的特殊結構，產(chǎn)生了獨特的射頻電路理論?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》 射頻電路與低頻電路的上述差異，不僅導致射頻電路理論與低頻

《射頻電路理論與設計（第2版）》微帶線同軸線 《射頻電路理論與設計（第2版）》微帶線同軸線1.3射頻系統(tǒng)

射頻電路主要應用在無線通信領域，各種射頻無線通信系統(tǒng)有類似的結構，下面以移動通信為例介紹射頻系統(tǒng)的基本電路結構及主要特點?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》1.3射頻系統(tǒng) 射頻電路主要應用在無線通信領域，各種射頻

圖1.4射頻系統(tǒng)的一般框圖《射頻電路理論與設計（第2版）》 圖1.4射頻系統(tǒng)的一般框圖《射頻電路理論與設計（第2

《射頻電路理論與設計（第2版）》 《射頻電路理論與設計（第2版）》

在圖1.4中，射頻前端電路的內(nèi)容屬于本書講授的內(nèi)容。射頻前端電路主要由濾波器、放大器、混頻器和振蕩器等功能模塊構成，這些功能模塊可以構成一般的射頻電路系統(tǒng)。

射頻電路的設計方法與普通低頻電路的設計方法不同。不僅射頻放大器的設計與低頻電路不同，射頻濾波器、振蕩器的設計也與低頻電路不同，因此需要在射頻電路理論的基礎上全面學習射頻電路的設計方法?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》 在圖1.4中，射頻前端電路的內(nèi)容屬于本書講

《射頻電路理論與設計（第2版）》 《射頻電路理論與設計（第2版）》

圖16.42超外差式接收機原理圖電路（這是利用ADS進行設計）《射頻電路理論與設計（第2版）》 圖16.42超外差式接收機原理圖電路（這是利用ADS進

《射頻電路理論與設計（第2版）》ADS仿真界面 《射頻電路理論與設計（第2版）》ADS仿真界面

圖16.24系統(tǒng)級仿真例程原理圖（這是利用ADS進行設計）《射頻電路理論與設計（第2版）》 圖16.24系統(tǒng)級仿真例程原理圖（這是利用ADS進行設

《射頻電路理論與設計（第2版）》ADS仿真界面 《射頻電路理論與設計（第2版）》ADS仿真界面1.4本書安排《射頻電路理論與設計（第2版）》共分3部分。

第1部分為射頻電路基礎知識和基本理論。內(nèi)容包括第1章引言和第2～4章，主要介紹射頻電路的基本概念、基本參數(shù)、圖解工具和基本研究方法。第2部分為射頻電路設計。內(nèi)容包括第5～11章的諧振電路設計、匹配電路設計、濾波器設計、放大器設計、振蕩器設計、混頻器設計和檢波器設計。

第3部分為ADS射頻電路仿真簡介。內(nèi)容包括第12章，目的是架起射頻電路理論與ADS射頻仿真設計的橋梁?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》1.4本書安排《射頻電路理論與設計（第2版）》共分3部分

《射頻電路理論與設計（第2版）》《射頻電路理論與設計（第2版）》共有12章內(nèi)容《射頻電路理論與設計（第2版）》《射頻電路理論與設計（第2

《射頻電路理論與設計（第2版）》避開了繁雜的電磁場理論背景知識，從傳輸線理論出發(fā)得到了電壓和電流的波動性，并用射頻網(wǎng)絡的觀點設計射頻電路，同時將史密斯圓圖的圖解方法應用到電路的設計中。本書涵蓋了射頻電路的基本理論和基本設計方法，構成了完整的射頻電路解決方案。《射頻電路理論與設計（第2版）》 《射頻電路理論與設計（第2版）》避開了繁雜的電磁場理論背

《射頻電路理論與設計（第2版）》《射頻電路理論與設計（第2版）》¤幾十個例題。¤約200個習題，并在書末給出了答案。答案非常詳細，總計有15頁（P333-347）?！杳空赂接兴伎碱}和練習題?！?/p>

有配套的ADS仿真教材《ADS射頻電路設計基礎與典型應用（第2版）》?！渡漕l電路理論與設計（第2版）》《射頻電路理論與設計（第2

《射頻電路理論與設計（第2版）》

為什么要介紹ADS軟件？

射頻電路設計比較復雜。

射頻電路早期設計是先電磁計算，然后電路設計?，F(xiàn)在隨著需求的不斷提升，指標要求越來越高，而設計周期卻越來越短，因此使用軟件工具已經(jīng)成為射頻電路設計的必然趨勢。在深入理解射頻電路理論的基礎上，結合軟件工具進行設計，是通向射頻電路設計成功的最佳路線。

ADS（AdvancedDesignSystem）由美國安捷倫（Agilent）公司開發(fā)，可以支持射頻電路從模塊到系統(tǒng)的設計，是當前射頻和微波電路設計的首選工程軟件。近幾年，國內(nèi)高校、科研院所和IT公司正推廣使用ADS。 《射頻電路理論與設計（第2版）》為什么要介紹ADS軟件？

ADS軟件是當前射頻電路設計的首選工程軟件，可以支持從模塊到系統(tǒng)的設計。ADS（AdvancedDesignSystem）軟件由美國安捷倫（Agilent）公司開發(fā)，在深入理解射頻電路理論的基礎上，結合軟件仿真工具進行設計，是通向射頻電路設計成功的最佳路線。《射頻電路理論與設計（第2版）》 ADS軟件是當前射頻電路設計的首選工程軟件，可以支持從

《射頻電路理論與設計（第2版）》

安捷倫公司背景