射频集成电路设计详解

均匀传输线基本方程
描写传输线上每个微分段上的电 压和电流的变化规律，可由此解出 线上任意点的电压、电流及其相互 关系。
dU (z) dz
(R1
jL1)I (z)
dI (z) dz
(G1 jC1)U (z)
均匀传输线的基本特性
均匀传输线方程的通解表明，传输线上任一点z处的
电压或电流都等于沿-z方向传播的入射波（行波）与沿 +z方向传播的反射波（行波）的叠加。
L
R
＋
～源
－
负
C
G
载
图2-2 单位长度传输线的等效电路
2.1.3无损耗传输线计算
如果传输线的电阻R和导线间的漏电导G等于零，这时信号在传输线上 传播时，其能量不会消耗在传输线上，这种传输线就称为无损耗传输线， 简称无损耗线。当传输线中的信号的 ω很高时，由于ωL>>R、 ωC>>G ，所以略去R 和 G后不会引起较大的误差，此时传输线也可以 被看成是无损耗线。
表示由单位长度的分布电阻决定的导体衰减常数
d
G1Z0 2
表示由单位长度的漏电导决定的介质衰减常数
2．相速度和相波长
相速度定义为入射波或反射波电压、电流等相位面 的传播速度，用vp来表示。
ωt βz ＝常数
1 vp L1C1
2.1.1典型的传输线
典型的传输线包括同轴电缆、平行双线、微带线和共面波导等；
同轴 线
悬置 微带 线
微带 线 带状 线 共面 波导
矩形 波导 圆波 导 鳍线
缝隙 线
介质 波导
2.1.2传输线的电路模型
在射频/微波频段,工作波长与导线尺寸处在同一量级。在传输线上传输 波的电压、 电流信号是时间及传输距离的函数。一条单位长度传输线的 等效电路可由R、 L、 G、 C等四个元件组成,如图所示。
i(z,t) i(z z,t) G1zu(z z,t) C1z
t
对上式两边同除以Δz，并取 z 0 的极限，有
u ( z, t ) z
R1i( z, t )
L1
i( z, t ) t
i( z, t ) z
G1u( z, t )
C1
u ( z, t ) t
均匀传输线方程， 也称电报方程
u(z,t) Re[U (z)e jt ] i(z,t) Re[I (z)e jt ]
射频集成电路设计 第二章射频与微波基础知识
第二章射频与微波基础知识
2.1概述 2.2传输线 2.3传输线阻抗变换 2.4二端口网络与S参数 2.5 Smith圆图 2.6 阻抗匹配 2.7 用方程计算法设计阻抗匹配网络 2.8用Smith圆图法设计阻抗匹配网络 2.9本章小结
作业
简述传输线、传输线阻抗变换、二端口网络、S 参数、Smith圆图、阻抗匹配网络等概念
由于信号以波的形式传播，在不同点上幅度和相位都可能不同，这使得基于电压和电 流的网络参数测量方法在高频测量时遇到一系列问题，才会有散射参数的概念。
在射频电路与系统的设计中，经常使用阻抗匹配网络，其作用使放大器从信号源获得 最大功率，或让放大器向负载传输最大功率，或者使放大器有最小噪声系数。
本章讨论：传输线及阻抗变换、二端口网络、S参数、Smith圆图与阻抗匹配网络的设 计，
2.2传输线
传输线 由信号和地线构成，作用是传输电磁波和能量。 电磁场理论，电磁波以ѵ传播，ѵ≈3×108m/s,电磁波的波长λ=ѵ/f，其中f为频 率。波长随着频率的增加而减小，当频率为10kHz是，波长为30km；当频率为 10GHz时，波长为3cm。当一条长度为l的低损耗连接线和波长为λ的信号，当
传输线方程及其解
传输线方程是传输线理论的基本方程，是描述传输线 上电压、电流变化规律及其相互关系的微分方程。
i(z,t)
R1 z
L z 1
i(z z,t)
u(z,t)
C1 z
G z 1
u(z z,t)
z
z+ z
u(
z,
t)
u(
z
z,
t)
R1zi(
z,
t
)
L1z
i( z, t
t)
u(z z,t)
传输线、传输线阻抗变换、二端口网络、S参数、Smith圆图和阻抗 匹配网络是射频与微波集成电路设计工程师必须了解和掌握的基础 知识。
概述
在模拟电子线路和低频电子线路中，金属导线可以被认为是一根短路线，连点之间短 路可以用金属线来连接完成。
在射频与微波电路中却不同，金属导线不再是短路线，而是一根具有分布参数的传输 线，起着阻抗变化的作用，短路情况只有在特定条件下才能满足。
传输线的基本特性包括：传输特性、特性阻抗、输入 阻抗、反射系数和传输功率。 一．传输特性
1．传播常数
传播常数是表示波经过单位长度传输线后波的幅度
和相位变化的物理量
相移常数
Z1Y1 (R1 jL1)(G1 jC1) j
衰减常数
对于无损耗传输线，R1＝G1＝0，
0
j j L1C1
l« 0.1λ时，连接线可以看成理想的电路连接线，即阻抗为0的集总系统；而其它
情况，连接线为一个分布系统，即传输线。 当频率为1GHz是，波长为30cm,这个频段附近芯片内部通常不考虑传输线效应； 当频率为10GHz时，波长为3cm，毫米级芯片尺寸已不满足远小于0.1λ的条件， 此时芯片内部需要考虑传输线效应。总之，传输线效应是典型的高频现象，传输 线理论是理解射频电路、信号来自百度文库系统的基础。
设计：已知宽带放大器需要一个 型匹配网络,要
求该网络将ZL=10-j10Ω的负载阻抗变换成 Zin=20+j40Ω的输入阻抗，并具有最小的节点 品质因数，工作频率为f=2.4GHz,求各元件值。
2.1概述
2.1.1 何谓射频
射频是指该频率的载波功率能通过天线发射出去（反之亦然），以 交变的电磁场形式在自由空间以光速传播，碰到不同介质时传播速 率发生变化，也会发生电磁波反射、折射、绕射、穿透等，引起各 种损耗。在金属线传输时具有趋肤效应现象。该频率在各种无源和 有源电路中R、L、C各参数反映出是分布参数。
对于低损耗传输线
R1 L1
G1 C1
(R1 jL1)(G1 jC1)
1
1
j
L1C1 1
R1
j L1
2
1
G1
jC1
2
1 2
R1
C1 L1
G1
L1 C1
j
L1C1
所以
R1
2
C1 G1 L1 2
L1 C1
R1 2Z0
G1Z0 2
c
d
L1C1
c
R1 2Z0