射频电路设计 第一章
射频电路 第一章选频与阻抗匹配
Z=
V IS
，而 I S 为常数 )
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讨论谐振频率附近的选频特性（ ω ≈ ω0 ） 近似条件:
ξ = Q(
(ω + ω 0 )(ω ω 0 ) 2ω (ω ω ) 2(ω ω 0 ) ω ω0 ≈Q 0 2 0 =Q )=Q ω0 ω ωω 0 ω0 ω0
Is / G V (ω0 ) V (ω0 ) = = V (ω ) ≈ e jφ 公式： 2(ω ω0 ) 2Δω 2 Δω 2 1 + jQ 1 + jQ 1 + (Q )
ω0
ω0
ω0
其中：
= arctgQ
2Δω
ω0
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（1）幅频特性（归一化选频特性）
定义：支路
Q
Xs 串联支路 Q = rs RP 并联支路 Q = XP
《高频电子线路》
两者相等
X s RP Q= = rs XP
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（2）实际并联回路分析 根据谐振的定义计算：
Y (ω ) = G + jB = 1 1 + ( jωC ) j RP ωLP
1 jB = jω P C j =0 ω P LP
谐振时回路总的储能 CV 2 2π T= Q = 2π = 2π 2 ω0 谐振时回路一周内的耗能 TV / R
R R Q= = = G ω0 L ρ
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ω0C
4.电流特性 电感电流
IsR IL = = = jQI S jω 0 L jω 0 L
电容电流
(完整版)《射频电路理论与设计》习题参考答案
引言0.3 解：利用公式l jZ Z in λπ2tan 0=进行计算（1）m n n l l jZ Z in 6660102)12(32106)12(21062tan⨯+=⨯⨯+=∞=⨯=πππ 可见l 至少应该是1500Km（2）m n n l l jZ Z in 222010)12(875.12105.72)12(105.72tan---⨯+=⨯⨯+=∞=⨯=πππ l 至少是1.875cm 。
0.4 解：利用公式CX L X C L ωω1,-==进行计算 （1）Hz f 40=所以ππω802==f791051.210999.080--⨯=⨯⨯=πL X121210360.0100111.0801⨯-=⨯⨯-=-πC X （2）Hz f 9104⨯=，991081042⨯=⨯⨯=ππω3129991047.3100111.0108109.2510999.0108⨯-=⨯⨯⨯-==⨯⨯⨯=--ππC L X X 可见在低频时分布电感和分布电容可以忽略，但在射频时分布电感和分布电容却不能忽略。
0.5解：集肤效应是指当频率升高时，电流只集中在导体的表面，导体内部的电流密度非常小。
而趋肤深度是用来描述集肤效应的程度的。
利用公式μσπδf 1=来计算。
已知铜的磁导率m H /1047-⨯=πμ，电导率m S /108.57⨯=σ（1）m 00854.0108.510460177=⨯⨯⨯⨯⨯=-ππδ（2）m m μππδ21.110121.0108.510410315779=⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=--由计算数据可得，用铜线传输电能时，60Hz 时是不需要考虑集肤效应的，但是当传输射频信号时，3GHz 时需要考虑集肤效应。
0.6 解：利用公式DC RF R a R δ2≈，μσπδf 1=计算 已知铜的磁导率m H /1047-⨯=πμ，电导率m S /108.57⨯=σ（1）m 57761000.3108.5104105001--⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=ππδ7.161000.3210153=⨯⨯⨯≈--DC RF R R （2）m 67791031.3108.51041041--⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=ππδ 1.1511031.3210163=⨯⨯⨯≈--DC RF R R 通过计算数据结果说明在射频状况下，电阻损耗很大。
射频电路设计基础
射频电路设计基础1、数字电路模块和模拟电路模块之间的干扰如果模拟电路射频和数字电路单独工作，可能各自工作良好。
但是，一旦将二者放在同一块电路板上，使用同一个电源一起工作，整个系统很可能就不稳定。
这主要是因为数字信号频繁地在地和正电源>3 V之间摆动，而且周期特别短，常常是纳秒级的。
由于较大的振幅和较短的切换时间。
使得这些数字信号包含大量且独立于切换频率的高频成分。
在模拟部分，从无线调谐回路传到无线设备接收部分的信号一般小于lμV。
因此数字信号与射频信号之间的差别会达到120 dB。
显然.如果不能使数字信号与射频信号很好地分离。
微弱的射频信号可能遭到破坏,这样一来，无线设备工作性能就会恶化，甚至完全不能工作。
2、供电电源的噪声干扰射频电路对于电源噪声相当敏感,尤其是对毛刺电压和其他高频谐波。
微控制器会在每个内部时钟周期内短时间突然吸人大部分电流,这是由于现代微控制器都采用CMOS工艺制造。
因此。
假设一个微控制器以lMHz的内部时钟频率运行，它将以此频率从电源提取电流。
如果不采取合适的电源去耦.的地方必将引起电源线上的电压毛刺。
如果这些电压毛刺到达电路RF部分的电源引脚,严重时可能导致工作失效。
3、不合理的地线如果RF电路的地线处理不当,可能产生一些奇怪的现象。
对于数字电路设计,即使没有地线层,大多数数字电路功能也表现良好。
而在RF频段，即使一根很短的地线也会如电感器一样作用。
粗略地计算,每毫米长度的电感量约为l nH,433 MHz时10 toni PCB线路的感抗约27Ω。
如果不采用地线层，大多数地线将会较长，电路将无法具有设计的特性。
4、天线对其他模拟电路部分的辐射干扰在PCB电路设计中，板上通常还有其他模拟电路。
例如，许多电路上都有模，数转换ADC或数/模转换器DAC。
射频发送器的天线发出的高频信号可能会到达ADC的模拟淙攵恕R蛭魏蔚缏废呗范伎赡苋缣煜咭谎⒊龌蚪邮誖F信号。
如果ADC输入端的处理不合理，RF 信号可能在ADC输入的ESD二极管内自激。
射频电路设计
STUCC K.H. Cheng
1.2 射频通信电路应用简介
GSM900 频段范围 上行频带/MHz(手机发射) 下行频带/MHz(基地台发 射) 双工间隔/MHz 占用频谱/MHz 通道数 ARFCN 同时用户数 通道间隔 调变方式 数据传输速率 Bit rate持续期 P band 935~960 890~915 45 2X25 124 1~124 992 G1abnd 880~890 925~935 55 2X10 49 975~1023 392 200KHz GMSK(BXT)=0.3 270.88kbps 2.69uS GSM1800 Lband 1710~1785 1805~1880 95 2X75 374 512~885 2992
射频电路设计 (RF Circuits Design) Chapter 1 简介
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Chapter Outline
1.1 射频概念 1.2 射频通信电路应用简介 1.3 无线通道中的电波传播 1.4 无线通道的特徵 1.5 干扰与噪音 1.6 射频电路的特点
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1.4 无线通道的特徵
多径效应 对抗措施
抗多径干扰主要有如下几个方面措施: (1)提高接收机的距离测量精度, 如窄相关码 相关码跟踪环,相位测距,平滑伪距 平滑伪距等; 相关码 平滑伪距 (2)抗多径天线:智慧天线 智慧天线利用多个天线阵元 智慧天线 的组合进行信号处理,自动调整发射和接收方 方 向图,以针对不同的信号环境达到最优性能. 向图 (3)抗多径信号处理与自适应抵消技术等. 多径干扰是由於在多用户系统中采用传统单用户接收方案而造成的恶果.单用 滤波器作为相关判决的工具,并不考虑多址干扰的存在,每 户接收机采用匹配滤波器 滤波器 个用户的检测都不考虑其他用户的影响,是一种针对单用户检测的策略.一般说 来,单个用户传输时不存在多址干扰,但在多用户环境中,当干扰用户数增加或 者他们的发射功率增加时,多径干扰 多径干扰将不容忽视.因此多用户检测技术应允而生, 多径干扰 其演算法有最优检测演算法和次优检测演算法.
第一章 射频电路导论
开始的室外电磁波通信实验， 最初的目的是实现无 线电报。 经过100多年的发展， 无线电远程通信从无 线电报发展到无线电广播、 电视、 移动通信等， 逐步覆盖了陆地、 海洋和太空， 从固定通信发展到移动通信， 从模拟通信发展到数 字通信。 无线电广播、电视和移动通信使用的无线 电频率为300kHz~3000 MHz。 图1.1.2给出了无
第一章 射频电路导论
1.1 虽然射频电路系统的具体设备多种多样， 组成和复杂程度不同， 但系统的最基本结构相 同， 如图1.1.1所示， 包括发射机和接收机两 个主要部分。
第一章 射频电路导论
图1.1.1 射频电路系统的最基本结构
第一章 射频电路导论
图1.1.1中， 信道即无线电波的传输媒质， 如空气、 真空、 海水、 地表。
iC=a0+a1(u1+u2)
第一章 射频电路导论
上式是转移特性曲线以Q为中心， 在Q附近的一阶泰勒级数展 开式。 其中， a0是ICQ， a1是晶体管在Q处的交流跨导gm。 上 式可写为
iC a0 a1 (u1 u2 ) a0 a1u1 a1u2
a0 a1U1m cos1t a1U 2m cos2t
第一章 射频电路导论
1.1.3 蓝牙工作在全球通用的2.4 GHz工业、 科学和医
学(ISM) 频段， 采用高斯频移键控（GFSK）调制， 利用时分 双工传输方案， 最大数据传输速率为1 Mb/s， 最大 传输距离为10m, 支持点对点及点对多点通信， 通过 采用跳频、 短数据包和自适应发射功率来进行调节 以提高抗干扰能力， 系统最大跳频速率为1600跳/s， 在2.402~2.480 GHz之间采用79个间隔1 MHz的频点。
射频电路设计--第1章 引言
分贝表示法
• 绝对电压的分贝表示
⎛ V ⎞ V ( dBμV ) = 20 log10 ⎜ ⎟ ⎝ 1μV ⎠
表 2-3 使用 dBμV 表示的一些典型电压值 V V(dBμV) 0.01μV -40dBμV 0.1μV -20dBμV 1μV 0dBμV 10μV 20dBμV 100μV 40dBμV 1mV 60dBμV
λ /8 设计准则
例1
例 1-3：某 CPU 的内部核心电路尺寸为 5mm 左 右，时钟频率达到了 2GHz。请判断 CPU 内部电路设 计是否需按照传输线理论进行分析和设计。 解：2GHz 信号对应的波长为
c λ = = 0.15 ( m ) f
计算得到
l = 5mm <
λ
8
≈ 19mm 。 按 照 λ/8 的 设 计 准 则 ，
BW ( Hz ) = f H − f L
以频率作为单位表示的带宽是指绝对带宽。 例如： 射频放大电路的工作频率范围为1GHz— 2GHz，则带宽为1GHz PAL制式的电视广播的图像信号带宽为 6MHz
相对带宽
– 百分比法
• 定义为绝对带宽占中心频率的百分数
– 倍数法（又称覆盖比法） – 定义为高端截止频率fH与低端截止频率fL的比 值
高通射频设计1_根据定义搭建电路
HY016射频设计1_根据定义搭建电路HY016项目是8909平台国内项目F16的对应海外版本。
射频方案背景知识基本射频构架还是WTR4905(射频收发器)+RPM6743-21(多模多频PA)+RTM7916-21(FEM)。
所以首选需要仔细阅读这三颗物料的规格书，尤其注意：1，WTR4905的Tx、PRx、DRx口从框图上可以看到，WTR4905硬件上Tx_DA1只能支持中/高频，Tx_DA2只能支持低频主接收包括三路低频、两路高频、三路中频。
其中LB3和MB1支持SAWLess分集接收包括三路低频、两路高频、两路中频2，RPM6743_21这颗多模多频PA，输入包括：一路高频、一路中频、两路低频。
输出包括：五路低频、五路中频、四路高频。
同时还有两路高频开关可用于高频TDD信号切换3，RTM7916则是GSM功放+SP16T开关的组合。
GSM低/高频信号需要输入不同的端口。
另输入端口都有一个SWOUT，HY006T设计有个很巧妙的地方就利用了LB的SWOUT脚，扩展了低频支持的频段。
射频电路设计对射频设计来说，最大的难点在于有限的管脚如何实现远多于管脚的频段。
射频设计阶段完成的标准是：输出能实现的原理图，并将控制逻辑发布给驱动。
第一步：列出Port口支持的所有频段首先看看三颗芯片是否能支持上述频段，比如要支持TDD B34的话，就不能选择WTR4905，而只能选择WTR2965了。
然后看这些频段如何分配到WTR4905的五路输出管脚上。
这需要对照wtr4905_typedef_ag.h 中的驱动代码。
以LTE B1为例，分集接收（DRX）MB1/MB2/HB1/HB2这四路都可以接收LTE B1WTR4905_LTEFDD_DRXLGY1_BAND1_DMB1,WTR4905_LTEFDD_DRXLGY1_BAND1_DMB2,WTR4905_LTEFDD_DRXLGY1_BAND1_DHB1,WTR4905_LTEFDD_DRXLGY1_BAND1_DHB2,主集接收（PRx）MB2/MB3/HB1/HB2这四路都可以接收LTE B1WTR4905_LTEFDD_PRXLGY1_BAND1_PMB2,WTR4905_LTEFDD_PRXLGY1_BAND1_PMB3,WTR4905_LTEFDD_PRXLGY1_BAND1_PHB1,WTR4905_LTEFDD_PRXLGY1_BAND1_PHB2,发射通路（Tx）Port 1/3/5这三路都可以发射LTE B1WTR4905_LTEFDD_TX_BAND1_THMLB1,WTR4905_LTEFDD_TX_BAND1_THMLB3,WTR4905_LTEFDD_TX_BAND1_THMLB5,此步骤完成时需输出基于wtr4905_typedef_ag.h的WTR4905 Tx/PRx/DRx的三张表格：第二步：确定每个频段的发射/接收端口这一步需要确认每个频段的发射/接收到底走哪个端口。
射频电路设计(RF_Circuit_design)
a1 =0
ai、bi分别为输入、输出信号的振幅大小。
S参数的意义 参数的意义
入射光
玻璃
入射波
[S]
反射光
折射光
S11(a2=0)
S21(a2=0)
S11--二端口接匹配负载时，一端口的反射系数 二端口接匹配负载时， 二端口接匹配负载时 S21--二端口接匹配负载时，一端口到二端口的传输系数 二端口接匹配负载时， 二端口接匹配负载时
二端口网络网络参量
V1 = z11 I 1 + z12 I 2 Z参量 V 2 = z 21 I 1 + z 22 I 2 I 1 = y11V1 + y12V 2 Y参量 I 2 = y 21V1 + y 22V 2 V1 = h11 I 1 + h12V 2 H参量 I 2 = h21 I 1 + h22V 2
S11和S22是两端的反射系数，S12和S21是两端之间的传输系数。
链形散射矩阵(T参数 链形散射矩阵 参数) 参数
将S参量的概念推广到级联网络，即输入、 输出端口写电压波的关系：
a1 T11 T12 b2 b = T T a 1 21 22 2
求复杂网络的输入阻抗
应用ZY圆图 使用圆图软件
TOPIC 4-2 4-
射频/微波网络参数
微波网络理论
在分析低频基本电路和射频/微波电路时，可 以运用网络模型，将网络视为一个整体—— “黑盒子” 低频电路端口以电压电流表示，对应网络参 量：
Z、Y、H和A参量 可以直接推广到高频电路领域，但测量不易 频率升高到射频界限，终端的寄生效应不能忽 略
1 2 (u − ) +v = ( ), r +1 1+ r
射频电路设计原理与应用
【连载】射频电路设计——原理与应用相关搜索:射频电路, 原理, 连载, 应用, 设计随着通信技术的发展，通信设备所用频率日益提高，射频（RF）和微波（MW）电路在通信系统中广泛应用，高频电路设计领域得到了工业界的特别关注，新型半导体器件更使得高速数字系统和高频模拟系统不断扩张。
微波射频识别系统（RFID）的载波频率在915MHz和2450MHz频率范围内；全球定位系统（GPS）载波频率在1227.60MHz和1575.42MHz的频率范围内；个人通信系统中的射频电路工作在1.9GHz，并且可以集成于体积日益变小的个人通信终端上；在C波段卫星广播通信系统中包括4GHz的上行通信链路和6GHz的下行通信链路。
通常这些电路的工作频率都在1GHz以上，并且随着通信技术的发展，这种趋势会继续下去。
但是，处理这种频率很高的电路，不仅需要特别的设备和装置，而且需要直流和低频电路中没有用到的理论知识和实际经验。
下面的内容主要是结合我从事射频电路设计方向研究4年来的体会，讲述在射频电路设计中必须具备的基础理论知识，以及我个人在研究和工作中累积的一些实际经验。
作者介绍ChrisHao，北京航空航天大学电子信息工程学院学士、博士生；研究方向为通信系统中的射频电路设计；负责或参与的项目包括：主动式射频识别系统设计、雷达信号模拟器射频前端电路设计、集成运算放大器芯片设计，兼容型GNSS接收机射频前端设计，等。
第1章射频电路概述本章首先给出了明确的频谱分段以及各段频谱的特点，接着通过一个典型射频电路系统以及其中的单元举例说明了射频通信系统的主要特点。
第1节频谱及其应用第2节射频电路概述第2章射频电路理论基础本章将介绍电容、电阻和电感的高频特性，它们在高频电路中大量使用，主要用于：（1）阻抗匹配或转换（2）抵消寄生元件的影响（扩展带宽）（3）提高频率选择性（谐振、滤波、调谐）（4）移相网络、负载等第1节品质因数第2节无源器件特性第3章传输线工作频率的提高意味着波长的减小，当频率提高到UHF时，相应的波长范围为10-100cm，当频率继续提高时，波长将与电路元件的尺寸相当，电压和电流不再保持空间不变，必须用波的特性来分析它们。
射频电路理论与设计
13、无耗传输线上通过任意点的传输功率等于该点的入射 波功率与反射波功率之差。
14、TEM传输线（即传输TEM波的传输线）无色散。色 散是指电磁波的传播速度与频率有关。TEM传输线上电 磁波的传播速度与频率无关。
在已知传输线始端电压 V 1 和始端电流 I 2 的前提下：
V (z)V 1I1 Z 0ejz V 1I1 Z 0ejz
2
2
I(z)V 1I1Z0ejzV 1I1Z0ejz
2Z0
2Z0
5、反射系数
(z')V V ((zz''))II ((zz''))V V 22 2 II22Z Z00eej jzz'' V V2 2 ej2z' Lej2z' LejLej2z' Lej(L2z') 2
终端短路的一段传输线可以等效为集总元件的电感，
等效关系为jX LjLjZ 0ta4 nff(0)S0 Z
终端开路的一段的传输线可以等效为集总元件的电
6、容科，洛等达效规关j则B C 系 为P14j7表C 6.6jY 0tan 4ff(0)S0Y
科洛达规则是利用附加的传输线段，得到在实际上 更容易实现的滤波器。利用科洛达规则既可以将 串联短截线变换为并联短截线，又可以将短截线 在物理上分开。附加的传输线称为单位元件。
二、并联谐振电路
1、谐振频率 0 2、品质因数
1 LC
无载品质因数 Q R
0L
有载品质因数
外部品质因数
Qe
RL 0L
Q L0L(R R LR RL),Q 1LQ 1Q 1e
WiFi射频电路设计
WiFi产品的电路设计I. 前言这是一篇针对性很强的技术文章。
在这篇文章中，我只是分析研究了Wi-Fi产品的一般射频电路设计，而且主要分析的是Atheros 和Ralink的解决方案，对于其他厂商的解决方案并没有进行研究。
这是一篇针对性很不强的技术文章。
在这篇文章中，我研究，讨论了Wi-Fi产品中的射频电路设计，包括各个组成部分，如无线收发器，功率放大器，低噪声放大器，如果把这里的某一部分深入展开讨论，都可以写成一本很厚的书。
这篇文章具有一般性。
虽然说这篇文章主要分析了Atheros和Ralink的方案，但是这两家厂商的解决方案很具有代表性，而且具有很高的市场占有率，因此，大部分Wi-Fi 产品也必然是具有一致或者类似的架构。
经常浏览相关网站的人一定知道，在中国市场热卖的无线路由器，无线AP很多都是这两家的解决方案。
这篇文章具有一定的实用性。
这篇文章的编写是基于我们公司的二十余种参考设计电路，充分吸收了参考设计的精华，并提取其一般性，同时，本文也重在分析实际的电路结构和选择器件时应该注意的问题，并没有进行深入的理论研究，所以，本文具有一定的实用性。
这篇文章是我在自己的业余时间编写的（也可以说我用这种方式消磨时间），如果这篇文章能够为大家的工作带来一点帮助，那将是我最高兴的事。
由于时间有限，编写者水平更加有限，错误之处在所难免，欢迎大家批评指正。
第1章. 射频设计框图做技术的，讲解某个设计的原理时，都会从讲解框图开始，本人也不例外，先给大家展示一下Wi-Fi产品的一般射频设计框图。
图1-1 Wi-Fi产品的一般射频设计框图如图1-1所示，一般Wi-Fi产品的射频部分由五大部分组成（这是我个人的见解，不同的工程师可能会有不同的想法），蓝色的虚线框内统一看成是功率放大器部分。
无线收发器（Radio Transceiver）一般是一个设计的核心器件之一，除了与射频电路的关系比较密切以外，一般还会与CPU有关，在这里，我们只关注其与射频电路相关的一些内容。
射频电路设计--理论与应用
射频电路设计--理论与应用第1章引言1 1 射频设计的重要性1 2 量纲和单位1 3 频谱1 4 无源元件的射频特性1 4 1 高频电阻1 4 2 高频电容1 4 3 高频电感1 5 片状元件及对电路板的考虑1 5 1 片状电阻1 5 2 片状电容1 5 3 表面安装电感1 6 小结参考文献习题第2章传输线分析2 1 传输线理论的实质2 2 传输线举例2 2 1 双线传输线2 2 2 同轴线2 2 3 微带线2 3 等效电路表示法2 4 理论基础2 4 1 基本定律2 5 平行板传输线的电路参量2 6 各种传输线结构小结2 7 一般的传输线方程2 7 1 基尔霍夫电压和电流定律表示式2 7 2 行进的电压和电流波2 7 3 阻抗的一般定义2 7 4 无耗传输线模型2 8 微带传输线2 9 端接负载的无耗传输线2 9 1 电压反射系数2 9 2 传播常数和相速2 9 3 驻波2 10 特殊的终端条件2 10 1 端接负载无耗传输线的输入阻抗2 10 2 短路传输线2 10 3 开路传输线2 10 4 1/4波长传输线2 11 信号源和有载传输线2 11 1 信号源的相量表示法2 11 2 传输线的功率考虑2 11 3 输入阻抗匹配2 11 4 回波损耗和插入损耗2 12 小结参考文献习题第3章 Smith圆图 3 1 从反射系数到负载阻抗3 1 1 相量形式的反射系数3 1 2 归一化阻抗公式3 1 3 参数反射系数方程3 1 4 图形表示法3 2 阻抗变换3 2 1 普通负载的阻抗变换3 2 2 驻波比3 2 3 特殊的变换条件3 2 4 计算机模拟3 3 导纳变换3 3 1 参数导纳方程3 3 2 叠加的图形显示3 4 元件的并联和串联3 4 1 R和L元件的并联3 4 2 R和C元件的并联3 4 3 R和L元件的串联3 4 4 R和C元件的串联3 4 5 T形网络的例子3 5 小结参考文献习题第4章单端口网络和多端口网络4 1 基本定义4 2 互联网络4 2 1 网络的串联4 2 2 网络的并联4 2 3 级连网络4 2 4 ABCD网络参量小结4 3 网络特性及其应用4 3 1 网络参量之间的换算关系4 3 2 微波放大器分析4 4 散射参量4 4 1 散射参量的定义4 4 2 散射参量的物理意义4 4 3 链形散射矩阵4 4 4 Z参量与S参量之间的转换4 4 5 信号流图模型4 4 6 S参量的推广4 4 7 散射参量的测量4 5 小结参考文献习题第5章射频滤波器设计5 1 谐振器和滤波器的基本结构5 1 1 滤波器的类型和技术参数5 1 2 低通滤波器5 1 3 高通滤波器5 1 4 带通和带阻滤波器5 1 5 插入损耗5 2 特定滤波器的实现5 2 1 巴特沃斯滤波器5 2 2 切比雪夫滤波器5 2 3 标准低通滤波器设计的反归一化5 3 滤波器的实现5 3 1 单位元件5 3 2 Kurodac规则5 3 3 微带线滤波器的设计实例5 4 耦合微带线滤波器5 4 1 奇模和偶模的激励5 4 2 带通滤波器单元5 4 3 级连带通滤波器单元5 4 4 设计实例5 5 小结c参考文献习题第6章有源射频元件6 1 半导体基础6 1 1 半导体的物理特性6 1 2 PN结6 1 3 肖特基(Schottky)接触6 2 射频二极管6 2 1 肖特基二极管6 2 2 PIN二极管6 2 3 变容二极管6 2 4 IMPATT二极管6 2 5 隧道二极管6 2 6 TRAPATT,134BARRITT和Gunn二极管6 3 BJT双极结晶体管（Bipolar JunctioncTransistor) 6 3 1 结构6 3 2 功能6 3 3 频率响应6 3 4 温度性能6 3 5 极限值6 4 射频场效应晶体管6 4 1 结构6 4 2 功能6 4 3 频率响应6 4 4 极限值6 5 高电子迁移率晶体管6 5 1 结构6 5 2 功能6 5 3 频率响应6 6 小结参考文献习题 第7章有源射频电路器件模型 7.1 二极管模型7.1.1 非线性二极管模型7.1.2 线性二极管模型7.2 晶体管模型7.2.1 大信号BJT模型7.2.2 小信号BJT模型7.2.3 大信号FET模型7.2.4 小信号FET模型7.3 有源器件的测量7.3.1 双极结晶体管的DC特性7.3.2 双极结晶体管的AC参量的测量7.3.3 场效应晶体管参量的测量7.4 用散射参量表征器件特性7.5 小结参考文献习题第8章匹配网络和偏置网络 8 1 分立元件的匹配网络8 1 1 双元件的匹配网络8 1 2 匹配禁区.c频率响应以及品质因数8 1 3 T形匹配网络和π形匹配网络 8 2 微带线匹配网络8 2 1 从分立元件到微带线8 2 2 单节短截线匹配网络8 2 3 双短截线匹配网络8 3 放大器的工作状态和偏置网络8 3 1 放大器的工作状态和效率8 3 2 双极结晶体管的偏置网络8 3 3 场效应晶体管的偏置网络8 4 小结参考文献习题第9章射频晶体管放大器设计 9 1 放大器的特性指标9 2 放大器的功率关系9 2 1 射频源9 2 2 转换功率增益9 2 3 其他功率关系9 3 稳定性判定9 3 1 稳定性判定圆9 3 2 绝对稳定9 3 3 放大器的稳定措施9 4 增益恒定9 4 1 单向化设计法9 4 2 单向化设计误差因子9 4 ３双共轭匹配设计法9 4 4 功率增益和资用功率增益圆9 5 噪声系数圆9 6 等驻波比圆9 7 宽带高功率多级放大器9 7 1 宽带放大器9 7 2 大功率放大器9 7 3 多级放大器9 8 小结参考文献习题第10章振荡器和混频器10 1 振荡器的基本模型10 1 1 负阻振荡器10 1 2 反馈振荡器的设计10 1 3 振荡器的设计步骤10 1 4 石英晶体振荡器10 2 高频振荡器电路10 2 1 固定频率振荡器10 2 2 介质谐振腔振荡器10 2 3 YIG调谐振荡器10 2 4 压控振荡器10 2 5 耿氏二极管（Gunncdiode）振荡器10 3 混频器的基本特征10 3 1 基本原理10 3 2 频域分析10 3 3 单端混频器设计10 3 4 单平衡混频器10 3 5 双平衡混频器10 4 小结参考文献习题附录A 常用物理量和单位 附录B 圆柱导体的趋肤公式附录C 复数附录D 矩阵变换 附录E 半导体的物理参量附录F 长和短的二极管模型附录G 耦合器附录H 噪声分析附录I MATLAB简介附录J 本书中英文缩写词。
射频电路理论与设计课后答案
射频电路理论与设计课后答案【篇一：射频电路仿真与设计】>摘要: 随着无线通信技术的不断发展，传统的设计方法已经不能满足射频电路和系统设计的需要，使用射频eda 软件工具进行射频电路设计已经成为必然趋势。
目前，射频领域主要的eda 工具首推的是agilent 公司的ads 。
ads 是在 hp eesof 系列 eda 软件基础上发展完善起来的大型综合设计软件。
由于其功能强大，仿真手段和方法多样化，基本上能满足现代射频电路设计的需要，已经得到国内射频同行的认可，成为现今射频电路和系统设计研发过程中最常用的辅助设计工具。
关键词：射频电路设计原理，设计方法与过程，仿真方法，展望未来引言：随着通信技术的发展，通信设备所用频率日益提高，射频（r f ）和微波（ mw ）电路在通信系统中广泛应用，高频电路设计领域得到了工业界的特别关注，新型半导体器件更使得高速数字系统和高频模拟系统不断扩张。
微波射频识别系统（ rfid ）的载波频率在915mhz 和 2450mhz 频率范围内；全球定位系统（ gps ）载波频率在 1227.60mhz 和 1575.42mhz 的频率范围内；个人通信系统中的射频电路工作在1.9ghz ，并且可以集成于体积日益变小的个人通信终端上；在 c 波段卫星广播通信系统中包括4ghz 的上行通信链路和6ghz 的下行通信链路。
通常这些电路的工作频率都在1ghz 以上，并且随着通信技术的发展，这种趋势会继续下去。
但是，处理这种频率很高的电路，不仅需要特别的设备和装置，而且需要直流和低频电路中没有用到的理论知识和实际经验，这对射频电路设计提出更高的要求。
正文：1.射频电路设计原理频率范围从 300khz ～30ghz 之间，射频电流是一种每秒变化大于10000 次的称为高频电流的简称。
具有远距离传输能力的高频电磁波称为射频。
高频电路基本上是由无源元件、有源器件和无源网络组成的，高频电路中无源线性元件主要是电阻 (器 )、电容 (器)和电感(器 ) 。
射频电路设计-理论与应用1
1 G e j C
diel A
d
, diel 是介质的电导率，现在习惯上引入串联
损耗角的正切 tan s
G 所以： e
diel
C
C L 寄生引 线电感 Rs Re
A
d tan s
引线导体 损耗电阻 介质损耗电阻
tan s
高频电容的等效电路
在高频条件下(f≥500MHz)， 归一化电阻：R/RDC≌a/2δ 归一化电感：ωL/RDC≌a/2δ 其趋肤厚度：δ=(πfμ cond)-1/2 ζ 在多数情况下导体的μr=1， 故趋肤厚度随着频率的升高迅速 降低。 高电流密度 低电流密度 2a
Jz /Jz0 δ，mm
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
射频: tadio frequency 微波: microwave
12
1.4 无源元件的射频特性
在常规电路中，R与 f 无关，XC= 1 ，XL= ωL。 ωC 实际上用导线、线圈和平板制成的电阻、电感和电容，甚
至单根直导线或印刷电路板上的一段敷铜带所具有的电阻和电
感都与频率有关。如导线的直流电阻： DC l / a 2 cond R 对DC信号，传导电流流过整个导体横截面。在AC时，交
一般射频系统方框图
语音 信号 经过 抽样 量化 编码 处理 或计 算机 信号
混频器
天线
切换开关
DAC 数 字 电 路
数-模变换器
PA
OSC
发射功率放大器
本地振荡器
ADC
模-数变换器
LPF
低通滤波器
PA
接收功率放大器
射频电路设计第一章
噪声系数
01
噪声系数
描述了电路内部噪声对信号的影响 程度，通常用噪声系数表示。
灵敏度
描述了电路能够检测到的最小信号 强度，通常用灵敏度表示。
03
02
信噪比
描述了信号与噪声之间的比例关系， 通常用信噪比表示。
选择性
描述了电路对不同频率信号的选择 能力，通常用选择性表示。
04
05
射频电路的设计流程
系统指标分析
动态范围
描述了电路能够处理的信号强度范围，通常 用动态范围表示。
功率增益
功率增益
描述了电路对输入信号的功率放大能力，通 常用功率增益表示。
效率
描述了电路将直流功率转化为射频功率的能 力，通常用效率表示。
稳定性
描述了电路在不同工作条件下的性能稳定性， 通常用稳定性表示。
可靠性
描述了电路在不同工作条件下的寿命和可靠 性，通常用可靠性表示。
匹配网络
为避免信号反射和能量损失，需要 设计合适的匹配网络，使元件与传 输线之间达到良好的阻抗匹配。
元件稳定性
考虑元件在射频频率下的稳定性， 以及温度、湿度等环境因素对元件 性能的影响。
电路仿真与优化
电路模型建立
根据实际电路结构和元件参数，建立精确的电路模型。
仿真分析
利用仿真软件对电路模型进行分析，预测电路性能。
感谢观看
THANKS
射频电路的应用领域
无线通信
雷达与导航
广播
物联网
手机、基站、无线局域 网等。
气象雷达、卫星定位系 统等。
电视广播、调频广播等。
传感器节点、智能家居 等。
射频电路的发展趋势
01
02
03
射频电路理论与设计第1章 传输线理论
（1.5）
式（1.5）称为均匀传输线方程，又称 为电报方程。
dV R jL I dz dI G jC V dz
（1.7）
1.3.2 均匀传输线方程的解
V z A1e jz A2 e jz 1 I z A1e jz A2 e jz Z0
传输线属长线，沿线各点的电压和电 流（或电场和磁场）既随时间变化，又随 空间位置变化，是时间和空间的函数，传 输线上电压和电流呈现出了波动性，所以 长线用传输线理论来分析。
传输线理论是对长线而言的，用来分 析传输线上电压和电流的分布，以及传输 线上阻抗的变化规律。在射频频段，必须 使用传输线理论取代电路理论。传输线理 论是电路理论与电磁场波动理论的结合， 传输线理论可以认为是电路理论的扩展， 也可以认为是电磁场波动方程的解。
分布电导G——传输线单位长度上的 总电导值，单位为S/m。
分布电感L——传输线单位长度上的 总电感值，单位为H/m。 分布电容C——传输线单位长度上的 总电容值，单位为F/m。
1.2.3 传输线的等效电路
图 1.5 传输线的等效电路
1.3 传输线方程及其解
1.3.1 均匀传输线方程
传输线方程是研究传输线上电压、电 流的变化规律，以及它们之间相互关系的 方程。
对于均匀传输线，由于分布参数是沿 线均匀分布的，所以只需考虑线元dz的情 况。
图 1.6 传输线上电压和电流的定义及其等效电路
v z , t i z , t Ri z , t L z t i z , t v z , t Gv z , t C z t
图 1.1 平行双导线
图 1.2 同轴线
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目 录
1、 引言 、 2、 传输线分析 、 3、 Smith圆图 、 圆图 4、 单端口网络和多端口网络 、 5、 射频滤波器设计 、 6、 有源射频元件 、 7、 有源射频电路器件模型 、 8、 匹配网络和偏置网络 、 9、 射频晶体管放大器设计 、 10、振荡器和混频器 、
第1章 引 言 章
横电磁模: Transverse electromagnetic mode
m/s （1.3）
300MHz，30GHz 在自由空间电磁波的 例1.1 计算 f = 30MHz，300MHz 波阻抗、相速和波长。 自由空间的相对磁导率和介电常数等于1 解：自由空间的相对磁导率和介电常数等于 波阻抗： 波阻抗： Z 0 = 相 速： v p =
1.2 量纲和单位
电磁波为： 电磁波为： E x = E 0 x cos (ω t − βz ) V/m 为了理解频率上限，在自由空间， 为了理解频率上限，在自由空间，向正 z 方向传播的平面
H y = H 0 y cos (ω t − βz ) A/m
是x方向的电场矢量 是y方向的磁场矢量
平面电磁波的主要性质： 平面电磁波的主要性质： 1. 电磁波是横波，E和H都与传播方向垂直； 电磁波是横波， 和 都与传播方向垂直 都与传播方向垂直； 2. E和H互相垂直，且同相位。 互相垂直， 和 互相垂直 且同相位。
一般射频系统方框图
天线
语音 信号 经过 抽样 量化 编码 处理 或计 算机 信号
混频器 切换开关
DAC 数 字 电 路
数-模变换器 模变换器
PA OSC
本地振荡器 发射功率放大器
ADC
模-数换器 数变换器
LPF
低通滤波器
PA
接收功率放大器
将信号 以电磁 波的形 式向自 由空间 发射。 发射。
混合信号电路
模拟信号电路
移动电话2GHz功率放大器第一级简化电路 功率放大器第一级简化电路 移动电话
RF阻塞网络 阻塞网络 100pF VB 射频线圈 微带线 RF 输入 CB 隔直 电容 静态电阻 R C3 C1 C2 BFG425W 级间匹配网络 C4 隔直 电容 8.2pF RFC VC 100pF 8.2pF RFC CB 至 第 二 级
RDC = l / πa 2σ cond
(
)
信号， 对DC信号，传导电流流过整个导体横截面。在AC时，交变 信号 传导电流流过整个导体横截面。 时 的载流子形成交变磁场，该磁场又感应一个电场， 的载流子形成交变磁场，该磁场又感应一个电场，与该电场相关 联的电流密度与原始的电流相反，在中心感应最强， 联的电流密度与原始的电流相反，在中心感应最强，所以导体中 心的电阻最大，随着频率的提高， 心的电阻最大，随着频率的提高，电流趋向于导体外表 ——趋肤效应。 趋肤效应。 趋肤效应 方向的电流密度： 沿z方向的电流密度： J z = [ pIJ 0 ( pr )] /[2πaJ1 ( pa )] 方向的电流密度
µ = ε 1
λ=
波 长：
2π
β
=
εµ 2πv p
µ0 4π × 10 = = 377 Ω −12 ε0 8.85 × 10 1 = = 3 × 10 8 m / s
−7
ω
ε 0µ0 vp = = f
10 m 1m 1 cm
1.3 频谱
频 段
VF(音频 音频) 音频 VLF(甚低频 甚低频) 甚低频 LF(低频 低频) 低频 MF(中频 中频) 中频 HF(高频 高频) 高频
输入匹配网络 为保证最佳的功率传输和消除由反射引起的性能变坏， 为保证最佳的功率传输和消除由反射引起的性能变坏，输入阻抗必须与 输出阻抗相匹配，关键元件是微带线。输入和输出的偏置网络是通过两个 输出阻抗相匹配，关键元件是微带线。输入和输出的偏置网络是通过两个 RF阻塞网络将高频信号与DC偏置分离 关键元件是射频线圈。 阻塞网络将高频信号与DC偏置分离， RF阻塞网络将高频信号与DC偏置分离，关键元件是射频线圈。
波 长
130~30cm 30~15cm 15~7.5cm 7.5~3.75cm 3.75~2.4cm 2.4~1.67cm 1.67~1.13cm 1.13~0.75cm 7.5~1mm
ELF(极低频 30~300Hz 极低频) 极低频 300~3000Hz 3~30kHz 30~300kHz
300~3000kHz 1~0.1km 3~30MHz 100~10m 10~1m
VHF(甚高频 30~300MHz 甚高频) 甚高频
UHF(特高频 300~3000MHz 100~10cm 特高频) 特高频 SHF(超高频 3~30GHz 超高频) 超高频 EHF(极高频 30~300GHz 极高频) 极高频 10~1cm 1~0.1cm
300~3000GHz 1~0.1mm
VHF/UHF就是典型的电视工作波段 就是典型的电视工作波段，其波长与电子系统的实 际尺寸相当，在有关的电子线路中开始考虑电流和电压信号波的 在有关的电子线路中开始考虑电流和电压信号波的 性质。RF范围：VHF—S波段。MW范围：C波段以上 范围： 波段。 范围： 波段以上 波段以上。 范围 波段 范围
p2 = − jωµσcond，J0，J1 是零阶和一阶贝塞尔函数， 为总电流 是零阶和一阶贝塞尔函数，I为总电流 其中
归一化电感： 归一化电感： ωL/RDC≌a/2δ 其趋肤厚度： 其趋肤厚度： δ=(πfµ cond)-1/2 σ 在多数情况下导体的µ 在多数情况下导体的 r=1， 故趋肤厚度随着频率的升高迅速 降低。 高电流密度 低电流密度 2a
δ，mm ，
在高频条件下(f≥500MHz)， ， 归一化电阻： 归一化电阻：R/RDC≌a/2δ
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
射频: tadio frequency 微波: microwave
1.4 无源元件的射频特性
1 ，X = ωL。 在常规电路中， 与 无关， 在常规电路中，R与 f 无关，XC= 。 L ωC 实际上用导线、线圈和平板制成的电阻、电感和电容， 实际上用导线、线圈和平板制成的电阻、电感和电容，甚至 单根直导线或印刷电路板上的一段敷铜带所具有的电阻和电感都 与频率有关。如导线的直流电阻： 与频率有关。如导线的直流电阻：
功率放大器印刷电路板布局
12.7mm
了解、分析和最终制造这种 电路 要涉及许多关键的RF课题 电路， 课题。 了解、分析和最终制造这种PA电路，要涉及许多关键的 课题。
• 在第 章“传输线分析”中将讨论微带线的阻抗特性，其定量 在第2章 传输线分析”中将讨论微带线的阻抗特性， 求解过程在第3章 圆图中介绍。 求解过程在第 章“Smith”圆图中介绍。 圆图中介绍 • 第4章研究将复杂电路简化为较简单的组元能力，该组元的 4章研究将复杂电路简化为较简单的组元能力 章研究将复杂电路简化为较简单的组元能力， 输入-输出是 通过两端口网络描述。 输入 输出是 通过两端口网络描述。 • 在第5章“滤波器设计”中研究特定的阻抗对频率响应的一般 在第 章 滤波器设计” 开发策略,简述以分立元件和分布元件为基础的滤波器理论 简述以分立元件和分布元件为基础的滤波器理论。 开发策略 简述以分立元件和分布元件为基础的滤波器理论。 • 第8章将深入研究“匹配网络和偏置网络”的实现。 章将深入研究“ 章将深入研究 匹配网络和偏置网络”的实现。 • 第9章介绍“射频晶体管放大器设计”中有关增益、线性度、 9章介绍“射频晶体管放大器设计”中有关增益、线性度、 章介绍 噪声和稳定度等指标。 噪声和稳定度等指标。 • 第10章讨论“振荡器和混频器”设计的基本原理。 章讨论“ 章讨论 振荡器和混频器”设计的基本原理。
电气和电子工程师学会(IEEE) 频谱 电气和电子工程师学会
频 率 波 长
10000~1000km 1000~100km 100~10km 10~1km
频 段
P 波段 L 波段 S 波段 C 波段 X 波段 Kµ 波段 K 波段 Ka 波段 毫米波 亚毫米波
频 率
0.23~1GHz 1~2GHz 2~4GHz 4~8GHz 8~12.5GHz 12.5~18GHz 18~26.5GHz 26.5~40GHz 40~300GHz
本教材不采用电磁场理论也能讲清楚传输 线原理。 线原理。这样除了有物理课程中场和波方面的 知识外，具备基本电路理论及微电子学方面的 知识外， 知识即可。 知识即可。 本书主要分析低频电路和元件当工作频率 升高到射频波段 30MHz~4GHz） 射频波段（ 升高到射频波段（30MHz~4GHz）时所遇到的 困难和解决办法，并重点讨论横电磁波 横电磁波（ 困难和解决办法，并重点讨论横电磁波（电场 与磁场传播方向正交）的传输特性及用微带线 与磁场传播方向正交）的传输特性及用微带线 由特定长度和宽度的敷铜带） （由特定长度和宽度的敷铜带）制成的各种射 频器件的原理和方法。 频器件的原理和方法。
回顾由低频到高频电路的演变过程， 回顾由低频到高频电路的演变过程，并从物理的角度引出 和揭示采用新技术去设计、优化此类电路的必要性。 和揭示采用新技术去设计、优化此类电路的必要性。
1.1 射频设计的重要性
本书的主要目的是提供模拟电路设计的理论和实例， 本书的主要目的是提供模拟电路设计的理论和实例，该电 路的工作频率可延伸到射频和微波波段， 路的工作频率可延伸到射频和微波波段，在该波段普通电路的 分析方法是不适用的，由此引出以下问题： 分析方法是不适用的，由此引出以下问题： 普通电路分析方法适用的上限频率是多少？ 普通电路分析方法适用的上限频率是多少？ 什么特性使得电子元件的高频性能和低频性能有如此大的差 别？ 被应用的“ 电路理论是什么？ 被应用的“新”电路理论是什么？ 这些理论是如何应用于高频模拟电路实际设计的？ 这些理论是如何应用于高频模拟电路实际设计的？