【正文】 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。 ??? Loutout ZRZ 或 ? ? 0Re 39。 ??? 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。所以，穩(wěn)定有源器件的一個方法是在不穩(wěn)定的端口增加一個串聯(lián)或并聯(lián)的電阻。 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)。從圖上可以看出 兩判定圓都落在了 Smith 圓圖之內。 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。 絕對穩(wěn)定 絕對穩(wěn)定是指在選定的工作 頻率和偏置條件下，放大器在整個 Smith 圓圖內始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。 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。穩(wěn)定性意味著反射系數(shù)的模小于 1。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的穩(wěn)定性。在最大功率傳輸條件下，定義資用功率 AP 為： 圖 32 簡化的單級放大電路 北京理工大學珠海學院 2020屆本科生畢業(yè)設計 14 22222||1 ||21)||1(||1| ||21| ** ssinsinsi n cA bbPP sinsin ?????????? ?????? （ ） 轉換功率增益 轉換功率增益定量的描述了插入在信號源與負載之間的放大器增益。1b 的入射功率波 (即放大器的入射功率 )為：22239。139。Γo u tΓLΓi nPL 射頻源 圖 32中，信號源電壓為： )1(39。b1a1b2a239。 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(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。放大器的指標是由其在特定偏置條件下的 S 參量確定的。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。尤其是人射電壓波和人射電流波都必須對有源器件良好匹配，以便降低電壓駐波比、避免寄生振蕩。 2 端口情況同 1 端口。 1 端口的平均功率為： )||1(||21)||1(||21 21102120211 SZVZVP in ??????? （ ） 其 中 ， 當 輸 出 端 口 匹 配 時 ， 輸 入 端 口 反 射 系 數(shù) 11S 滿足如下關系：11011112SabVVain??????? () 由此 1 端口的駐波系數(shù)（ VSWR）為：||1 ||1 1111SSVSWR ??? () 我們還可以確定 1端口的入射功率：2 ||||2121021 aPZV inc ??? （ ） 這就是信號源的最大資用功率。（假設輸入、輸出端口的傳輸線特性阻抗相同。根據(jù)圖 25，可以定義歸一化入射功率 na 和歸一化反射功率 nb 如下： )(2 1 00 nnnIZVZa ?? （ ） )(2 1 00 nnnIZVZb ?? （ ） 其中下標 n 為端口編號 1 或 2。 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。如下圖 23： 圖 22 等電阻圓 北京理工大學珠海學院 2020屆本科生畢業(yè)設計 9 把阻抗圓圖旋轉 ?180 就可以得到導納 圓圖，其構成原理和使用方法與阻抗圓圖相似。圓心坐標的軌跡在直線 1??i 上。如下圖 22： （ ）式以歸一化的電抗 X 為參變量的一組圓。 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。反射系數(shù)的模和駐波比是一一對應的，故又稱為等駐波圓。 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 。 輸入信號經數(shù)字處理后，再通過 DAC 回到模擬形式。典型應用是移動電話和無線局域網（ WLAN）。在這個范圍內，工程師必須考慮輻射、寄生耦合，以及電路元件的頻率響應。在當前的應用中，射頻的范圍一般指 30MHZ到 4GHZ。 北京理工大學珠海學院 2020屆本科生畢業(yè)設計 6 2 射頻電路設計的基本內容 射頻（ RF）電路的設計既借鑒了低頻音頻電路的設計方法，又借鑒了微波電路的設計方法，但是和這些技術是有重要差異的。 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。 第二章和第三章是文章的基礎內容，介紹了 RF 放大器設計的原理和工具。 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。為了確保低成本的超寬帶設備，所有脈沖都具有同一波形。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。 沖激無線電 (Impulse Radio， IR)是最有希望的超寬帶技術之一。 UWB 技術使用寬帶無線頻譜在短距離 (如在家中或小型辦公室中 )內傳輸數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)無線技術相比，它能夠在特定時段通過無線方式傳輸更多的數(shù)據(jù)。 超寬帶 (UWB)是一種無線射頻技術，支持家電、電腦外設和移動設備在短距離內高速傳輸數(shù)據(jù)，且功耗非常低。藍牙使用跳頻方式來擴展頻譜。 射頻技術主要有：藍牙射頻技術、超寬帶、沖激無線電、 WiFi、 WiMAX 和蜂窩廣域通信。 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。另外一項就是將功率放大器的制作工藝進步到 CMOS，以便與收發(fā)器的芯片相整合，在降低功放的功耗上則應設計高效率的功放操作，在飽和條件下與前述的極化調制相對應。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。現(xiàn)在的 射頻電路從根本上來說是以模擬電路為主的混合信號電路。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)異的性能是對產品的最基本要求。隨著寬帶無線系統(tǒng)的不斷推出，系統(tǒng)對于信道利用率的要求越來越高，這對信道編碼技術及空中接口技術提出了新的挑戰(zhàn)。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 ” 。產生了射頻傳輸這一概念。 射頻技術發(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?，F(xiàn)在射頻識別技術已經在日常生活中起著舉足輕重的作用。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。 北京理工大學珠海學院 2020屆本科生畢業(yè)設計 3 國內外研究現(xiàn)狀 射頻技術現(xiàn)狀 近些年，無線通信事業(yè)經歷了從第一代模擬系統(tǒng)（ 1G）到現(xiàn)已投入使用的第三代移動通信 3G系統(tǒng)的演變。 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。由于 Smith 圖解法只是設計簡單的數(shù)學計算，方便而又直觀，因而得到廣泛應用。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。所以 RF 射頻技術在無線通信領域具有廣泛而不可替代的作用。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，并經大氣層外緣的電離層反射，形成遠距離傳輸能力。射頻就是射頻電流，它是一種高頻交流變化電磁波的簡 稱。 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。從第 1代模擬蜂窩移動通信，到當前普遍使用的第 2 代數(shù)字蜂窩移動通信，再到以寬帶、多媒體業(yè)務為標志的第 3 代移動通信，無論從用戶數(shù)量、業(yè)務范圍，還是從服務質量上都得到了長足的發(fā)展。 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 。 關鍵字 ： 射頻系統(tǒng) MATLAB RF 放大器 圓圖仿真 北京理工大學珠海學院 2020屆本科生畢業(yè)設計 II Matlab based on the RF circuit design and simulation ABSTRACT This paper introduces the general RF systems, introduced in the radio frequency (RF) circuit design Smith chart an important role in the development of the machine, and then Smith introduced the basic principles of map, also introduced the Sparameters of tr