【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(shè)計(jì)法、雙共軛匹配設(shè)計(jì)法等以及它們?cè)?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(chǔ)。人們提出了兩種不同的設(shè)計(jì)方法來(lái)解決這些問(wèn)題，有頻率補(bǔ)償匹配網(wǎng)絡(luò)和負(fù)反饋技術(shù)。在射頻領(lǐng)域中，設(shè)計(jì)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(yīng)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(luò)，也與輸入端口的匹配網(wǎng)絡(luò)有關(guān)。 ? 器件的等效噪聲電阻 GnRn 1? ? 最佳源導(dǎo)納optoptoptopt ZjBGY 1???，與最佳反射系數(shù) opt? 的關(guān)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(xué)珠海學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 常數(shù) )/4(|1| 0m i n2 ZR FFQ nkoptk ???? （ ） 該圓圓心坐標(biāo) koptIFRFF Qjdddkkk ????? 1 （ ） 相應(yīng)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(diǎn)與 opt? 的連線上。噪聲分析的關(guān)鍵參數(shù)是以導(dǎo)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(jià)的阻抗表達(dá)式： 2m i n || optSSn ZZRGFF ??? () 其中SS YZ 1?是源阻抗。 第二個(gè)方案是利用（ ）式定義的資用功率增益 AG 。 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(duì)于設(shè)計(jì)有預(yù)定增益要求的放大器，考慮了輸入、輸出端口互耦效應(yīng)的雙共軛設(shè)計(jì)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(biāo)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(yīng)盡量避免在輸入端口增加電阻元件，因?yàn)殡娮璁a(chǎn)生的附加噪聲將會(huì)被放大。 ??? Sinin ZRZ 或 圖 34 k1, 1|| ?? 時(shí)的穩(wěn)定性判定圓 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 ? ? 0Re 39。 放大器的穩(wěn)定措施 如果在工作頻段內(nèi)場(chǎng)效應(yīng)管或雙極結(jié)晶體管處于非穩(wěn)定狀態(tài)，則要采取適當(dāng)措施使晶體管進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。 由于 1|| ?? ，該晶圖 33 復(fù)平面 L? 上的穩(wěn)定性判定圓 1|| ??in 及 復(fù)平面 S? 上的穩(wěn)定性判定圓 1|| ??out 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(dāng)?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(lái)近似 TG ，單向化功率增益忽略了放大器反饋效應(yīng)的影響（ 012?S ）： 21122222212|1||1| )||1(||)||1( SL SLTU SS SG ???? ????? （ ） 其他功率關(guān)系 負(fù)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(fù)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(xué)珠海學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(hào)源電壓為： )1(39。 放大器的功 率關(guān)系 為方便研究，假設(shè)兩個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)含在信號(hào)源和負(fù)載阻抗中，依據(jù)功率流關(guān)系考察圖 32,以下小節(jié)均對(duì)此圖進(jìn)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(shè)計(jì)所必須的基本要素，依據(jù)這些要素設(shè)計(jì)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(shè)輸入、輸出端口的傳輸線特性阻抗相同。 匹配點(diǎn) 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(shí)軸表示阻抗純阻點(diǎn)，因此，可由電阻 r 對(duì)應(yīng)出電壓駐波比 ? ， 如圖 24所示。圓心坐標(biāo)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(xué)珠海學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 222 )1 1()1( RRR ir ??????? () 222 )1()1()1( XXir ?????? () 上述方程（ ）和（ ）在復(fù)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(kāi)關(guān) 混頻器 混合信號(hào)電路 模 擬信號(hào)電路 圖 21 一般射頻系統(tǒng)方框圖 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(zhǎng)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(biāo)系映射成為極坐標(biāo)系，采用圖解法進(jìn)行微波傳輸研究的一種專用圓圖 。典型應(yīng)用是移動(dòng)電話和無(wú)線局域網(wǎng)（ WLAN）。在當(dāng)前的應(yīng)用中，射頻的范圍一般指 30MHZ到 4GHZ。 第四章 通過(guò) 兩種不同的設(shè)計(jì)方法對(duì)放大器進(jìn)行設(shè)計(jì)， 實(shí)現(xiàn)目標(biāo)要求。 本文研究的目標(biāo) 通過(guò)對(duì) RF 電路及系統(tǒng)的知識(shí)的學(xué)習(xí)與了解，進(jìn)行 RF 電路中部分模塊主要是功率放大電路的設(shè)計(jì)，并利用 Matlab 工具對(duì)設(shè)計(jì)電路的各方面性能進(jìn)行測(cè)試分析。偽隨機(jī)性依靠跳時(shí)碼實(shí)現(xiàn)，跳時(shí)碼的作用是讓發(fā)射信號(hào)隨機(jī)化，有利于用戶分隔和譜成形，以避免竊聽(tīng)。 UWB 技術(shù)使用寬帶無(wú)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(wú)線技術(shù)相比，它能夠在特定時(shí)段通過(guò)無(wú)線方式傳輸更多的數(shù)據(jù)。藍(lán)牙使用跳頻方式來(lái)擴(kuò)展頻譜。 電路復(fù)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(duì)產(chǎn)品的最基本要求。在此基礎(chǔ)上，還必須基于數(shù)字電路的發(fā)展，提高射頻電 路在多標(biāo)準(zhǔn)、多模式環(huán)境下的應(yīng)用能力，也就是通常所說(shuō)的 “ 軟件無(wú)線電技術(shù) ” 。 射頻技術(shù)發(fā)展方向 無(wú)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(yīng)用在無(wú)線通信上，而且在醫(yī)療上的應(yīng)用也在逐擴(kuò)大范圍。 Matlab 是一種現(xiàn)在被廣泛使用的軟件，具有強(qiáng)大的計(jì)算和仿真功能，如果能夠把它很好的應(yīng)用到 RF電路中去，就能有效的減輕工程設(shè)計(jì)的工作量和提高設(shè)計(jì)精度。這些不同方面的要求使得功率放大器的設(shè)計(jì)者要面面俱到地考慮到很多指標(biāo)的平衡 ,射頻功率放大器的設(shè)計(jì)也成為無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的關(guān)鍵步驟之一。射頻的基本原理是電磁理論：在電子學(xué)理論中，電流流過(guò)導(dǎo)體，導(dǎo)體周圍會(huì)形成磁場(chǎng)；交變電流通過(guò)導(dǎo)體，導(dǎo)體周圍會(huì)形成交變的電磁場(chǎng)，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(yuǎn)距離傳輸能力。 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)。 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 學(xué) 號(hào)： 職 稱： 中國(guó)重點(diǎn)介紹了利用 MATLAB 對(duì) RF 系統(tǒng)中放大器模塊設(shè)計(jì)的圓圖仿真，并通過(guò)實(shí)例，得到了符合設(shè)計(jì)的 圓圖。其中， 采用 Matlab 作為主要仿真 工具，將所設(shè)計(jì)的RF 功率放大電路進(jìn)行性能分析，并完成 RF 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。迄今，我國(guó)移動(dòng)用戶已超過(guò) 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(jī)的末級(jí) ,它將已調(diào)制的頻帶信號(hào)放大到所需要的功率 ,保證 在覆蓋區(qū)域內(nèi)的接收機(jī)可以收到滿意的信號(hào)電平 ,但不能過(guò)于干擾相鄰信道的通信 ,同時(shí)又要盡量地保持放大后的大功率信號(hào)不失真畸變。 Smith 圓圖雖然 發(fā)展于十九世紀(jì)三十年代，但是直至今日，在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的程序中，圓圖依然是電路阻抗分析、匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、噪聲系數(shù)計(jì)算、增益計(jì)算的基礎(chǔ)。無(wú)線通信技 術(shù)升級(jí)到 3G 時(shí)代后，雙模、多模手機(jī)、高頻基站、無(wú)縫切換等技術(shù)逐步成熟。比如安全防護(hù)領(lǐng)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(wú)線信號(hào)的源頭，這一切的美好生活都來(lái)自于射頻收發(fā)技術(shù)的不斷演進(jìn)，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(jì)到 2030 年超過(guò) 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(chǎng)對(duì)其提出的主要要求，即實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的模塊化、集成化，并在提高集成