【正文】 聲功率放大器，要求功率增益為 8dB，噪聲系數(shù)小于 。 用功率增益、單向化設計法、雙共軛匹配設計法等以及它們在 Smith 圓圖中的特征構(gòu)成全面、定量分析 RF 晶體管放大器性能的基礎。人們提出了兩種不同的設計方法來解決這些問題，有頻率補償匹配網(wǎng)絡和負反饋技術(shù)。在射頻領域中，設計寬帶放大器的主要障礙是受到有源器件增益 帶寬乘積的制約。由于反饋效應的存在，輸出端口的駐波比（ OIMNVSWR ）既取決于輸出端口的匹配網(wǎng)絡，也與輸入端口的匹配網(wǎng)絡有關。 ? 器件的等效噪聲電阻 GnRn 1? ? 最佳源導納optoptoptopt ZjBGY 1???，與最佳反射系數(shù) opt? 的關系為： SSopt YY ????? 110 （ ） 噪聲系數(shù) F：2220m i n |1|)||1(||4optSoptSnZRFF ???? ????? （ ） 噪聲系數(shù)圓方程為：2222)1( ||1(|1| k optkkkoptS ? ???????? （ ） 北京理工大學珠海學院 2020屆本科生畢業(yè)設計 23 常數(shù) )/4(|1| 0m i n2 ZR FFQ nkoptk ???? （ ） 該圓圓心坐標 koptIFRFF Qjdddkkk ????? 1 （ ） 相應的圓半徑為：kkkoptF Qrk ?????1)||1( 22 （ ） 所有等噪聲系數(shù)圓的圓心都落在原點與 opt? 的連線上。噪聲分析的關鍵參數(shù)是以導納形式定義的兩端口放大器的噪聲系數(shù)： 2m i n || optSSn YYGRFF ??? （ ） 以及等價的阻抗表達式： 2m i n || optSSn ZZRGFF ??? () 其中SS YZ 1?是源阻抗。 第二個方案是利用（ ）式定義的資用功率增益 AG 。 北京理工大學珠海學院 2020屆本科生畢業(yè)設計 21 由上最佳匹配條件可以表示為：MLMLMS SSSS ?? ????22211211* 1 () 和 MSMSML SSSS ?? ????11211222* 1 () 功率增益和資用功率增益圓 對于設計有預定增益要求的放大器，考慮了輸入、輸出端口互耦效應的雙共軛設計法有兩種方 案選擇。從（ ）式中求解反射系數(shù) i? ，求解結(jié)果是一族圓，其圓心坐標為： )1(||1 2*iiiiiig gS Sgdi ??? （ ） 圓半徑為： )1(||1 )||1(1 22iiiiiig gS Sgri ????? （ ）即為等增益圓方程。應盡量避免在輸入端口增加電阻元件，因為電阻產(chǎn)生的附加噪聲將會被放大。 ??? Sinin ZRZ 或 圖 34 k1, 1|| ?? 時的穩(wěn)定性判定圓 北京理工大學珠海學院 2020屆本科生畢業(yè)設計 18 ? ? 0Re 39。 放大器的穩(wěn)定措施 如果在工作頻段內(nèi)場效應管或雙極結(jié)晶體管處于非穩(wěn)定狀態(tài)，則要采取適當措施使晶體管進入穩(wěn)定狀態(tài)。 由于 1|| ?? ，該晶圖 33 復平面 L? 上的穩(wěn)定性判定圓 1|| ??in 及 復平面 S? 上的穩(wěn)定性判定圓 1|| ??out 北京理工大學珠海學院 2020屆本科生畢業(yè)設計 17 體管有潛在的不穩(wěn)定性。 考慮放大器的輸出端口，需要建立適 當?shù)臈l件使等式（ ）成立。引入輸入、輸出反射系數(shù)后 211222212|1||1| )||1(||)||1( SoutL SLT SSG ????? ????? （ ） 通常我們用單向化功率增益 TUG 來近似 TG ，單向化功率增益忽略了放大器反饋效應的影響（ 012?S ）： 21122222212|1||1| )||1(||)||1( SL SLTU SS SG ???? ????? （ ） 其他功率關系 負載端口匹配（ *outL ??? ）條件下的資用功率增益定義是： 21122221|1|)|1( )||1(|| Sout SA SSG ???? ??? （ ） 另外，功率增益的定義是負載吸收功率與放大器輸入功率的比值： 22222221|1|)|1( )||1(|| Lin LSSG ???? ??? () 北京理工大學珠海學院 2020屆本科生畢業(yè)設計 15 穩(wěn)定性判定 穩(wěn)定性判定圓 放大器電路必須滿足的首要條件之一是其在工作頻段內(nèi)的穩(wěn)定性。1b 的入射功率波 (即放大器的入射功率 )為：22239。Γo u tΓLΓi nPL 射頻源 圖 32中，信號源電壓為： )1(39。 放大器的功 率關系 為方便研究，假設兩個匹配網(wǎng)絡含在信號源和負載阻抗中，依據(jù)功率流關系考察圖 32,以下小節(jié)均對此圖進行討論： [S]ZLZSVSPi n cΓSb139。穩(wěn)定性分析以及增益圓、噪聲系數(shù)圓都是放大器電路設計所必須的基本要素，依據(jù)這些要素設計出符合增益、增益平坦度、輸出功率、寬帶和偏置條件等苛刻要求的放大器。 2 端口情況同 1 端口。（假設輸入、輸出端口的傳輸線特性阻抗相同。 匹配點 電壓波腹 電壓波節(jié) 純阻線 r? 圖 23 等電抗圓 i? 純電抗線 實軸表示阻抗純阻點，因此，可由電阻 r 對應出電壓駐波比 ? ， 如圖 24所示。圓心坐標的軌跡在直線 1??i 上。 阻抗圓圖 )(1 )(1)()( 0 zzZ zZzZ ?? ????? （ ） 將（ 1）代入上式，得到： XjRjzZ ir iir ir ?????? ?????? ?????? 2222 22 )1( 2)1( )(1)( () 式中2222)1()(1irirR ???? ????? ， 22)1( 2iriX ???? ?? 其中 R 稱為歸一化的電阻， X 稱為歸一化的電抗，可以分別化成下述方程： ?? ????? jzj eez ?2)(ir jz ????? )(北京理工大學珠海學院 2020屆本科生畢業(yè)設計 8 222 )1 1()1( RRR ir ??????? () 222 )1()1()1( XXir ?????? () 上述方程（ ）和（ ）在復平面上分別表示兩組圓：等電阻圓方程、等電抗圓方程。 數(shù) 字 電 路 ? LPF 發(fā)射功率放大器 接收功率放大器 PA PA ADC DAC 模數(shù)變換器 數(shù)模變換器 低通濾波器 OSC. 本地振蕩器 切換開關 混頻器 混合信號電路 模 擬信號電路 圖 21 一般射頻系統(tǒng)方框圖 北京理工大學珠海學院 2020屆本科生畢業(yè)設計 7 Smith 圓圖的構(gòu)成和工作原理 Smith 圓圖是把特征參數(shù) 0Z 、 ? (傳播常數(shù) )、長度 L 和工作參數(shù)（反射系數(shù) ? 、阻抗 ? 、電壓駐波比 ? ）組合成一體，把阻抗平面和反射系數(shù)平面直角坐標系映射成為極坐標系，采用圖解法進行微波傳輸研究的一種專用圓圖 。典型應用是移動電話和無線局域網(wǎng)（ WLAN）。在當前的應用中，射頻的范圍一般指 30MHZ到 4GHZ。 第四章 通過 兩種不同的設計方法對放大器進行設計， 實現(xiàn)目標要求。 本文研究的目標 通過對 RF 電路及系統(tǒng)的知識的學習與了解，進行 RF 電路中部分模塊主要是功率放大電路的設計，并利用 Matlab 工具對設計電路的各方面性能進行測試分析。偽隨機性依靠跳時碼實現(xiàn)，跳時碼的作用是讓發(fā)射信號隨機化，有利于用戶分隔和譜成形，以避免竊聽。 UWB 技術(shù)使用寬帶無線頻譜在短距離 (如在家中或小型辦公室中 )內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)無線技術(shù)相比，它能夠在特定時段通過無線方式傳輸更多的數(shù)據(jù)。藍牙使用跳頻方式來擴展頻譜。 電路復雜度的提升和尺寸的縮小意味著射頻芯片將具有更高的集成度。射頻端必須著重在降低功耗、加速不同工藝的整合及降低成本上努力。射頻芯片的挑戰(zhàn)還包括更高的接收靈敏度和更低的噪聲系數(shù)，優(yōu)異的性能是對產(chǎn)品的最基本要求。在此基礎上，還必須基于數(shù)字電路的發(fā)展，提高射頻電 路在多標準、多模式環(huán)境下的應用能力，也就是通常所說的 “ 軟件無線電技術(shù) ” 。 射頻技術(shù)發(fā)展方向 無線傳輸發(fā)展了近二百年，形成了大量的用戶和產(chǎn)品群，但是，由于氣候的變化和地表障礙物的影響，不能傳輸完美的信息。射頻技術(shù)不但應用在無線通信上，而且在醫(yī)療上的應用也在逐擴大范圍。 Matlab 是一種現(xiàn)在被廣泛使用的軟件，具有強大的計算和仿真功能，如果能夠把它很好的應用到 RF電路中去，就能有效的減輕工程設計的工作量和提高設計精度。這些不同方面的要求使得功率放大器的設計者要面面俱到地考慮到很多指標的平衡 ,射頻功率放大器的設計也成為無線通信系統(tǒng)設計過程中的關鍵步驟之一。射頻的基本原理是電磁理論：在電子學理論中，電流流過導體，導體周圍會形成磁場；交變電流通過導體，導體周圍會形成交變的電磁場，稱為電磁波，電磁波可以在空氣中傳播，并經(jīng)大氣層外緣的電離層反射，形成遠距離傳輸能力。 當今無線通信研究越來越熱，應用非常廣泛，使人與人之間的通信更加方便快捷，更具有市場發(fā)展前景 ，而這些無線通信技術(shù)主要的應用是射頻技術(shù)。 二、 主要任務及目標： 主要任務： 主要任務是實現(xiàn) 基 于 Matlab 的 RF 電路設計與仿真，應 包括以下幾個方面： . RF 電路的基本知識了解 ； RF 電路功放部分的設計 ； Matlab 中 RF 工具的了解 ； RF 功放電路性能的分析 ； 目標： 了解 RF 電路及系統(tǒng)的知識 ； RF 電路設計 Matlab 工具的使用 RF 系統(tǒng)設計及仿真 。 而且該文對 RF 晶體管放大器設計的基本理論知識進行了詳細闡述，對放大器的性能指標提出定義，同時還用圓方程描述了穩(wěn)定性、增益、噪聲和電壓駐波比指標。 畢業(yè)設計（論文） 基于 Matlab 的 RF 電路設計與仿真 學 院： 信息科學技術(shù)學院 專 業(yè)： 姓 名： 指導老師： 信息工程 學 號： 職 稱： 中國重點介紹了利用 MATLAB 對 RF 系統(tǒng)中放大器模塊設計的圓圖仿真，并通過實例，得到了符合設計的 圓圖。其中， 采用 Matlab 作為主要仿真 工具，將所設計的RF 功率放大電路進行性能分析，并完成 RF 系統(tǒng)的設計。迄今，我國移動用戶已超過 5 億，并 高于 固話普及率。每秒變化小于 1000 次的交流電稱為低頻電流，大于 10000 次的稱為高頻電流，而射頻就是這樣一種高頻電流。 而射頻功率放大器是發(fā)射機的末級 ,它將已調(diào)制的頻帶信號放大到所需要的功率 ,保證 在覆蓋區(qū)域內(nèi)的接收機可以收到滿意的信號電平 ,但不能過于干擾相鄰信道的通信 ,同時又要盡量地保持放大后的大功率信號不失真畸變。 Smith 圓圖雖然 發(fā)展于十九世紀三十年代，但是直至今日，在計算機輔助設計的程序中，圓圖依然是電路阻抗分析、匹配網(wǎng)絡設計、噪聲系數(shù)計算、增益計算的基礎。無線通信技 術(shù)升級到 3G 時代后，雙模、多模手機、高頻基站、無縫切換等技術(shù)逐步成熟。比如安全防護領域中的汽車防盜、電子物品監(jiān)視系統(tǒng)等，已經(jīng)融入人們的生活而且逐漸不可代替。 射頻是無線信號的源頭，這一切的美好生活都來自于射頻收發(fā)技術(shù)的不斷演進，而且射頻技術(shù)還將繼續(xù)快速發(fā)展下去，畢竟現(xiàn)在只有 12%的便攜電子產(chǎn)品帶有射頻模塊，而據(jù)估計到 2030 年超過 50%的便攜產(chǎn)品將擁有射頻功能，這其中將包括你的手表也許還有你的皮鞋！ 射頻技術(shù)的發(fā)展首先要滿足市場對其提出的主要要求，即實現(xiàn)系統(tǒng)的模塊化、集成化，并在提高集成