【正文】 當(dāng)今無(wú)線通信研究越來(lái)越熱，應(yīng)用非常廣泛，使人與人之間的通信更加方便快捷，更具有市場(chǎng)發(fā)展前景 ，而這些無(wú)線通信技術(shù)主要的應(yīng)用是射頻技術(shù)。 二、 主要任務(wù)及目標(biāo)： 主要任務(wù)： 主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn) 基 于 Matlab 的 RF 電路設(shè)計(jì)與仿真，應(yīng) 包括以下幾個(gè)方面： . RF 電路的基本知識(shí)了解 ； RF 電路功放部分的設(shè)計(jì) ； Matlab 中 RF 工具的了解 ； RF 功放電路性能的分析 ； 目標(biāo)： 了解 RF 電路及系統(tǒng)的知識(shí) ； RF 電路設(shè)計(jì) Matlab 工具的使用 RF 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真 。 而且該文對(duì) RF 晶體管放大器設(shè)計(jì)的基本理論知識(shí)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，對(duì)放大器的性能指標(biāo)提出定義，同時(shí)還用圓方程描述了穩(wěn)定性、增益、噪聲和電壓駐波比指標(biāo)。北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) I 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 Matlab 的 RF 電路設(shè)計(jì)與仿真 學(xué) 院： 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院 專 業(yè)： 姓 名： 指導(dǎo)老師： 信息工程 姚菲菲 學(xué) 號(hào)： 職 稱： 0501311039 孫魯 副教授 中國(guó) 并得出結(jié)論， MATLAB 可以有效的應(yīng)用在 RF 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，其對(duì)微波電路的圓圖仿真實(shí)現(xiàn)，可以為廣大 RF 電路設(shè)計(jì)者提供很大幫助。 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 1 引言 課題的研究意義 近幾年來(lái)，無(wú)線通信系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)得到了迅速發(fā)展，并 不斷有新技術(shù)出現(xiàn)，主要在于射頻硬件處理技術(shù)的不斷發(fā)展。射頻技術(shù)（ Radio Frequency），簡(jiǎn)稱 RF。同時(shí)射頻系統(tǒng)還具有不局限于視線，識(shí)別距離比光學(xué)系統(tǒng)遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。 在微波射頻電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，常常會(huì)碰到電路匹配問(wèn)題，離不開阻抗和反射系數(shù)等參量的計(jì)算，因此會(huì)碰到大量繁瑣的復(fù)數(shù)運(yùn)算，所以常常采用史密斯圓圖來(lái)進(jìn)行分析。所以，通過(guò) Matlab的仿真來(lái)掌握 Smith圓圖的應(yīng)用是一項(xiàng)很有意義的工作。目前，美國(guó)處于領(lǐng)先地位，日韓的發(fā)展也在日益精進(jìn)。近代人類發(fā)明了廉價(jià)的高頻傳輸線纜（射頻線），為了追求 完美的信息傳輸質(zhì)量，兼顧原有的無(wú)線設(shè)備，無(wú)線方式有線傳輸開始流行。 從技術(shù)角度而言，射頻技術(shù)首先還是要從性能上取得提升以滿足各種技術(shù)的需要。 實(shí)現(xiàn)高性能的重要手段就是提高射頻電路的復(fù)雜程度，而射頻電路一般包括收發(fā)器、功放和開關(guān)三個(gè)部分。這可由兩個(gè)方向來(lái)實(shí)現(xiàn)，一個(gè)是采北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 用全新的 SPI架構(gòu)，也就是將不同工藝的芯片集成在一個(gè)封裝模塊上，如前端的功放及天線收 /發(fā)開關(guān) (swtichplexer)，或?qū)⒐Ψ偶笆瞻l(fā)器放在同一個(gè)基板上 (Laminate)做成模塊。射頻芯片集成度的提高，射頻電路其他器件數(shù)量的減少，意味著更低的 BOM(物料清單 )價(jià)格和產(chǎn)品成本、更高的產(chǎn)品穩(wěn)定性和良品率。跳頻擴(kuò)頻使得帶寬上信號(hào)的功率譜密度降低，從而大大提高了系統(tǒng)抗電磁干擾、抗串話干擾的能力，使得藍(lán)牙的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸更加可靠。這一特性與低功耗脈沖數(shù)據(jù)交付 (pulsed data delivery)功能相結(jié)合，加快了數(shù)據(jù)傳輸速度，同時(shí)也不會(huì)受到現(xiàn)有其它無(wú)線技術(shù) (如WiFi、 WiMAX 和蜂窩廣域通信 )的干擾。信號(hào)的調(diào)制方式可以用脈沖幅度調(diào)制 (PAM)或脈沖位置調(diào)制 (PPM)。 論文結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 第一章為緒論，主要介紹了課題的意義、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和本文的研究目標(biāo)，以及全北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 文的結(jié)構(gòu)。 第五章為結(jié)束語(yǔ)，是對(duì)全文的總結(jié)，以及對(duì)將來(lái)研究的展望。當(dāng)前的多數(shù)無(wú)線電活動(dòng)都在這個(gè)范圍內(nèi)發(fā)生。在這個(gè)配置里，輸入信號(hào)（聲音或從計(jì)算機(jī)來(lái)的數(shù)字信號(hào)）首先進(jìn)行數(shù)字處理，然后壓縮，壓縮的目的是為了降低傳輸時(shí)間；最后為了抑制噪聲和通信誤碼，要進(jìn)行恰當(dāng)?shù)木幋a。 等反射系數(shù) 圓 反射系數(shù) ?為圓圖基底 ： （ ） 直角坐標(biāo)表示為： （ ） 二者之間的關(guān)系為： 22|| ir ????? ， iarctg r???? （ ） 在復(fù)平面上，以原點(diǎn)為圓心，反射系數(shù) ||? 為半徑所畫的圓為等反射信號(hào)圓。（ ）式是 以歸一化電阻 R 為參變量的一組圓，圓心坐標(biāo)為 [R/(R+1),0],半徑為1/(R+1),y 圓心軌跡與復(fù)平面正實(shí)軸重合，所有的等 R圓相切于點(diǎn)（ 1， 0）。所有的等 X圓相切于點(diǎn)（ 1， 0）。因?yàn)殡妷厚v波比 ? 對(duì)應(yīng) r1 的等電阻圓與實(shí)軸 r? 的交點(diǎn)，因此容易導(dǎo)出rr?????11? 圖 24 ? 的 Smith圓圖 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 散射參數(shù)（ S 參數(shù)） S 參數(shù)表達(dá)的是功率波，它使我們可以用入射功率波和反射功率波的方式定義網(wǎng)絡(luò)的輸入、輸出關(guān)系。） 變換（ 8）式可得以下電壓、電流表達(dá)式： )(0 nnn baZV ?? （ ） )(10 nnnbaZI ?? () 若用（ 8）式表示功率，則物理意義十分明顯： )|||(|21||Re21 22* nnNnn baIVP ??? （ ） 若從（ 9）式中解出正向波和反向波，則可見(jiàn)： ?? ??nnn IZZVa 00 （ ） ?? ??? nnn IZZVb 00 （ ） 這與定義式（ 8）是一致的，因?yàn)????? ???? nnnnn IZIZVVV 00 （ ） 圖 25 雙端口網(wǎng)絡(luò) S參數(shù)的規(guī)定 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 根據(jù)圖 25 中電壓波方向的規(guī)定，就可以定義 S 參數(shù)： （ ） 其中符號(hào)的意義為： （ ） （ ） () () 由于 S參數(shù)直接與功率有關(guān)，因此我們可以采用時(shí)間平均功率來(lái)表達(dá)歸一化輸入、輸出波。 ??????????????????? 212221 121121 aaSS SSbb .101111 2 ?? ?aabS端口入射波端口傳輸波1202021 2 ?? ?aabS端口入射波端口反射波2202222 1 ?? ?aabS端口入射波端口傳輸波2102112 1 ?? ?aabS北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 3 RF 晶體管放大器設(shè)計(jì) 射頻放大器與常規(guī)低頻放大器的設(shè)計(jì)方法完全不同，它需要考慮一些特殊的因素。 放大器的性能指標(biāo) 圖 31 是一個(gè)插入在輸入、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)之間的常規(guī)單級(jí)放大 器電路： 射 頻源輸 入匹 配網(wǎng) 絡(luò)輸 出匹 配網(wǎng) 絡(luò)負(fù)載直 流 偏置【S】 Pi n cPLΓSΓi nΓLΓo u t 圖中，輸入、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)可用于減小有害反射從而增加功率流容量。a139。139。1|1| ||212 || sinsinc bbP ????? () 放大器輸入端口的實(shí)際輸入功率為： )||1(|1| ||21)||1( 2222insinsinincin bPP ????????? （ ） 當(dāng)放大器的輸入阻抗與信號(hào)源的內(nèi)阻符合共軛匹配條件（ *sin ZZ ? 也即 *sin ??? ）時(shí)，信號(hào)源到放大器之間有最大傳輸功率。 我們將放大器視為一個(gè)兩端口網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)有 S 參量及外部終端條件 L? 和 S? 確定。為此將：ILRLLIRIRIR jjjSSSjSSS ?????????????? , 222222111111 () 帶入（ ）整理得輸出端口穩(wěn)定性判定圓的方程： 222 )()( outIoutILRoutRL rCC ?????? （ ） 其中，圓半徑為：|||||| || 2222 2112 ??? S SSrout () 圓心坐標(biāo)為：2222**1122|||| )( ?? ????? S SSjCCC IoutRoutout () ， 如圖 33（ a）所示： 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 |ΓL | = 1ΓL I|Γi n | = 1 |Γo u t | = 1|ΓS | = 1ΓLRΓS IΓSRCo u tro u tri nCi n| Ci n|| Co u t|（ a ） 輸 出 穩(wěn) 定 圓 （ b ） 輸 入 穩(wěn) 定 圓 同樣，考察放大器的輸入端口，可得輸入端口穩(wěn)定性判定圓的方程： 222 )()( inIinISRinRS rCC ?????? （ ） 其中，圓半徑為： |||||| || 2211 2112 ??? S SSrin () 圓心坐標(biāo)為：2211**2211|||| )( ?? ????? S SSjCCC IinRinin () 如圖 33（ b）所示。 我們由附錄 的 M 文件可得到圖 34 如下： 圖 34 中紅色圓為輸 入穩(wěn)定性判定圓，藍(lán)色圓為輸出穩(wěn)定性判定圓。已知非穩(wěn)定時(shí)： 1|||| 00 ????? ZZ ZZ ininin 和 1|||| 00 ????? ZZ ZZ outoutout 這表明非穩(wěn)定狀態(tài)有 ? ? 0Re ?inZ 和? ? 0Re ?outZ 。 ??? Sinin YGY () 有 源 器 件（ B J T o r F E T ）信號(hào)源Zi n+ Ri n’ Ri n’Zi n有 源 器 件（ B J T o r F E T ）信號(hào)源 Gi n’Yi nYi n+ Gi n’( a ) 串 聯(lián) 電 阻 （ b ） 并 聯(lián) 電 阻 同理，圖 36 給出了輸出端口的穩(wěn)定電路，相應(yīng)條件是 ? ? 0Re 39。用增加電阻的方法實(shí)現(xiàn)晶體管穩(wěn)定的代價(jià)包括：阻抗匹配狀態(tài)可能被破壞，這將會(huì)產(chǎn)生功率傳輸損失；由于電阻產(chǎn)生的 附加熱噪聲，晶體管的噪聲系數(shù)通常會(huì)惡化。 單向化設(shè)計(jì)誤差因子 單向化設(shè)計(jì)法包含了一個(gè)近似條 件，即忽略了放大器的反饋效應(yīng)，或者說(shuō)反向增益 012?S 。 第一個(gè)方案是采用由（ ）式定義的功率增益 G。此時(shí)假設(shè)放大器的輸出端口處于良好匹配狀態(tài)（即 *outL ??? ），然后通過(guò)調(diào)整負(fù)載以便達(dá)到 預(yù)定的增益。 4 個(gè)噪聲參數(shù)是： ? 最?。ㄗ罴眩┰肼曄禂?shù) minF ，它與偏置條件和工作頻率有關(guān)。噪聲系數(shù)越大，圓心距離原點(diǎn)越近而且圓半徑越大。 輸 入 匹配 網(wǎng) 絡(luò)（ I M N ）輸 出 匹配 網(wǎng) 絡(luò)（ O M N ）ΓS’ = 0ΓSΓi nΓLΓL’ = 0Γo u t射 頻源負(fù) 載ΓI M NΓO M N[S] 輸入功率 inP 可以表示為資用功率 AP 的函數(shù)（假設(shè) 039。任何有源器件的增益在高頻端都具有逐漸下降的特征。 頻率補(bǔ)償匹配網(wǎng)絡(luò)在器件的輸入或輸出端不扣引入失配，用于補(bǔ)償由于 S 參量隨頻率變化產(chǎn)生的影響。在本章進(jìn)行大量 M 文件的編寫與應(yīng)用，進(jìn)行 Matlab 的計(jì)算和仿真，用具體實(shí)例來(lái)體現(xiàn) Smith 圓圖的優(yōu)越性。設(shè)晶體管的噪聲參數(shù)為： minF =， ??4nR ， opt? =∠ 45o 原理分析 采用單級(jí)或多級(jí)晶體管電路對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大是模擬電路理論中重要而且又困難的任務(wù)，下圖 41 中 ，在輸入、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)之間的單級(jí)放大電路設(shè)計(jì)指標(biāo)是由其在特定直流偏置條件下的 S 參量所確定的。這種方法導(dǎo)出的