【正文】 Pavel Bretchko (著 ) 王子字 張肇儀 徐承和 (譯 ) ：《 射頻電路設計 》， 電子工業(yè)出版社， 2020 年 5 月第 1 版 ， 第 310350 頁。從設計中我覺得用 M 文件建立的 Smith 圓圖帶給設計非常優(yōu)越的條件，節(jié)省了我很多時間和精力，而且簡單易懂，是一個非常有效的設計方法。如果增益的降低超出了容忍的限度，則必須同時調整源反射系數和負載反射系數。（ M 程序文件見附錄 ） 圖 41（ b） L? 平面上的等功率增益圓 北京理工大學珠海學院 2020屆本科生畢業(yè)設計 30 用等駐波比設計法實現預定的功率增益和噪聲系數 基本條件： 已知雙極結晶體管的直流工作條件為 IC=10mA， VCE=6V，工作頻率 f=，相應的 S參數為： S11=∠ 30o,S12=∠ 60o,S21=∠ 80o,S22=∠ 15o。此圓上的任意 S? 點都能滿足給定的增益要求。 Gmax_dB=10*log10(Gmax) 北京理工大學珠海學院 2020屆本科生畢業(yè)設計 28 等功 率增益圓設計 根據輸入端口良好匹配的設計要求，設計中需要利用等功率增益圓。由于 k1，且 ||? 1，所以晶體管處于絕對穩(wěn)定狀態(tài)。 設計一個具有最佳噪聲系數和預定增益的小信號 放大器 基本條件： 已知雙極結晶體管的直流工作條件為 IC=10mA， VCE=6V，工作頻率 f=，相應的 S參數為： S11=∠ 30o,S12=∠ 60o,S21=∠ 80o,S22=∠ 15o。而且正向增益 || 21S 降低，反向增益 || 12S 增加使得整體增益進一步降低， 2211\SS 隨頻率改變，噪聲系數惡化等困難都要在寬帶放大器的設北京理工大學珠海學院 2020屆本科生畢業(yè)設計 25 計中解決。作為射頻放大器特性參數的兩個電 壓駐波比為： ||1 ||1 IMNIMNIMNVSW R ?? ??? 和 ||1 ||1 O MNO MNO MNVSW R ?? ??? () 輸入端口的駐波比（ IMNVSWR ）由輸入端口的匹配網絡（ IMN）確定，而該網絡又受到有源器件的影響以及由反饋效應帶來的輸出匹配網絡（ OMN）的影響。 ? 等功率增益圓方程：00 || ggL rd ??? （ ） 其中圓心坐標為：)|||(|1 )( 22220**112200 ?????? Sg SSgd g () 圓半徑為：|)|||(|1| ||||21 222202211220211200 ?????? Sg SSgSSkgrg () 其中， 0g 為比例系數，其定義為：21122220 |||1| ||1 LL L SSg ?????? ??? () 上述（ ）式為 L? 平面上的等增益圓方程， 利用LLS SS ?? ?????2211* 1 將圓映射為 S? 平面上的圓，即： SS ggS rd ??? || （ ） 其中圓心坐標為：2222222 22*2*1122|||1| ))(1( 00 000 SrdS SrdSdSd gg gggg S ?? ?????? () 北京理工大學珠海學院 2020屆本科生畢業(yè)設計 22 圓半徑為： ||||1|| || 2222222 21120 00 SrdS SSrr ggggS ??? () ? 等資用功率增益圓方程：aa ggL rd ??? || （ ） 其中圓心坐標為：)|||(|1 )( 2211**2211??? ??? Sg SSgd aag a () 圓半徑為：|)|||(|1| ||||21 22112211222112??? ??? Sg SSgSSkgr a aag a () 噪聲系數圓 對許多射頻放大器來說，在低噪聲前提下對信號進行放大是系統的基本要求。 雙共軛匹配設計法 該設計法沒有忽略晶體管的反饋效應，匹配信號源反射系數 MS? 為： 1*121111 4)(212 CCCBCBMS ???? （ ） 其中 ??? *22111 SSC 和 22222111 ||||||1 ????? SSB () 同理，匹配負載反射系數 ML? 為： 2*222222 4)(212 CCCBCBML ???? （ ） 其中 ??? *11222 SSC 和 22222112 ||||||1 SSB ????? () 在絕對穩(wěn)定的條件下可導出（ ）、（ ）式的解。 ??? Loutout YGY () 有 源 器 件（ B J T o r F E T ）負載Zo u t+ Ro u t’ Ro u t’Zo u t有 源 器 件（ B J T o r F E T ）負載 Go u t’Yo u tYo u t+ Go u t’( a ) 串 聯 電 阻 （ b ） 并 聯 電 阻 由于晶體管輸入、輸出的耦合效應，通常只需穩(wěn)定一個端口。由于 || 11S 和 || 22S 都小于 1，即 Smith 圓圖的原點就是穩(wěn)定點，另外有 outoutinin rCrC ?? ||,|| ，所以穩(wěn)定性判定圓的內部是穩(wěn)定區(qū)。即 : 1|| ??L ， 1|| ??S （ ） 1|1||| 2211 ??? ????? LLin SS () 1|1||| 1122 ??? ????? SSout SS () 其中， 21122211 SSSS ??? ，由于 S 參量對于額定頻率是固定值，所以對穩(wěn)定性有影響的參數只有 L? 和 S? 。100 sinssss babVZZ Zb ????????? （ ） 對應于 39。以下是放大器特性指標的關鍵參數： ? 增益及增益平坦度（以 dB 表示） ? 工作頻率及帶寬（單位： Hz） ? 輸出功率（單位： dBm） ? 直流輸入功率（單位： V 和 A） ? 輸入、輸出反射系數（ VSWR） 圖 31 常規(guī)放大器系統 北京理工大學珠海學院 2020屆本科生畢業(yè)設計 13 ? 噪聲系數（以 dB 表示） 此外，還需要考慮其他參數，如交調失真（ IMD）、諧波、反饋以及熱效應，所有這些都會影響放大器性能。用入射功率與反射功率之和表示的 1 端口總功率（輸出端口匹配）： )||1(2 ||)|||(|21 2212121i n f1 ini n c abaPPP ??????? （ ） 如果反射系數 11S 為零，則所有資用功率都注入到網絡的 1 端 口。 標定電壓駐波比 ? 因為 ||? ? 1，故全部反射系數圓都位于單位圓內。 一般射頻系統 圖 21所示的整個方框圖稱為收發(fā)信機，因為它包含了發(fā)射機和接收機電路以及用單個天線進行通信。特別是第三章詳細說明了放大器的性能指標及設計方法。 IR 信號由極窄的脈沖串組成，這些脈沖在時間上偽隨機出現。 藍牙無線技術采用的是一種擴展窄帶信號頻譜的數字編碼技術，通過編碼運算增加了發(fā)送比特的數量，擴 大了使用的帶寬。雖然數字化是現在射頻電路芯片的一個趨勢，但射頻技術很難離開高性能模擬技術的支持，因此射頻電路復雜程度的提高對射頻芯片體積的減小提出很多挑戰(zhàn)。 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)技術的不斷演進，而且射頻技術還將繼續(xù)快速發(fā)展下去，畢竟現在只有 12%的便攜電子產品帶有射頻模塊，而據估計到 2030 年超過 50%的便攜產品將擁有射頻功能，這其中將包括你的手表也許還有你的皮鞋！ 射頻技術的發(fā)展首先要滿足市場對其提出的主要要求，即實現系統的模塊化、集成化，并在提高集成度的同時降低射頻電路的尺寸并降低功耗。無線通信技 術升級到 3G 時代后，雙模、多模手機、高頻基站、無縫切換等技術逐步成熟。 而射頻功率放大器是發(fā)射機的末級 ,它將已調制的頻帶信號放大到所需要的功率 ,保證 在覆蓋區(qū)域內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。迄今，我國移動用戶已超過 5 億，并 高于 固話普及率。重點介紹了利用 MATLAB 對 RF 系統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。 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。 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主要的應用是射頻技術。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設計過程中的關鍵步驟之一。射頻技術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。在此基礎上，還必須基于數字電路的發(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 ” 。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。藍牙使用跳頻方式來擴展頻譜。偽隨機性依靠跳時碼實現，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。 第四章 通過 兩種不同的設計方法對放大器進行設計， 實現目標要求。典型應用是移動電話和無線局域網（ WLAN）。 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。 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。 2 端口情況同 1 端口。 放大器的功 率關系 為方便研究，假設兩個匹配網絡含在信號源和負載阻抗中，依據功率流關系考察圖 32,以下小節(jié)均對此圖進行討論： [S]ZLZSVSPi n cΓSb139。1b 的入射功率波 (即放大器的入射功率 )為：22239。 考慮放大器的輸出端口，需要建立適 當的條件使等式（ ）成立。 放大器的穩(wěn)定措施 如果在工作頻段內場效應管或雙極結晶體管處于非穩(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)。應盡量避免在輸入端口增加電阻元件，因為電阻產生的附加噪聲將會被放大。 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