【正文】 的特殊技術(shù)。第五章為結(jié)束語，是對全文的總結(jié)，以及對將來研究的展望。特別是第三章詳細說明了放大器的性能指標及設(shè)計方法。第一章為緒論，主要介紹了課題的意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和本文的研究目標，以及全文的結(jié)構(gòu)。射頻技術(shù)在通信領(lǐng)域的應(yīng)用，目前仍處于開拓狀態(tài)，應(yīng)用還不是很廣，但隨著射頻通信技術(shù)的成熟，未來市場需要巨大，前景廣闊。信號的調(diào)制方式可以用脈沖幅度調(diào)制(PAM)或脈沖位置調(diào)制(PPM)。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(xiàn)。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，同時也不會受到現(xiàn)有其它無線技術(shù)(如WiFi、WiMAX和蜂窩廣域通信)的干擾。該技術(shù)是無線傳輸高品質(zhì)多媒體內(nèi)容的理想選擇。跳頻擴頻使得帶寬上信號的功率譜密度降低，從而大大提高了系統(tǒng)抗電磁干擾、抗串話干擾的能力，使得藍牙的無線數(shù)據(jù)傳輸更加可靠。藍牙無線技術(shù)采用的是一種擴展窄帶信號頻譜的數(shù)字編碼技術(shù)，通過編碼運算增加了發(fā)送比特的數(shù)量，擴大了使用的帶寬。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)價格和產(chǎn)品成本、更高的產(chǎn)品穩(wěn)定性和良品率。本文采用的是前一種方向?qū)崿F(xiàn)的。這可由兩個方向來實現(xiàn)，一個是采用全新的SPI架構(gòu)，也就是將不同工藝的芯片集成在一個封裝模塊上，如前端的功放及天線收/發(fā)開關(guān)(swtichplexer)，或?qū)⒐Ψ偶笆瞻l(fā)器放在同一個基板上(Laminate)做成模塊。雖然數(shù)字化是現(xiàn)在射頻電路芯片的一個趨勢，但射頻技術(shù)很難離開高性能模擬技術(shù)的支持，因此射頻電路復(fù)雜程度的提高對射頻芯片體積的減小提出很多挑戰(zhàn)。實現(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)三個部分。對于射頻部分來說，則提出了更高的線性度和更低的帶內(nèi)、帶外噪聲指標要求。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。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，并在提高集成度的同時降低射頻電路的尺寸并降低功耗。近代人類發(fā)明了廉價的高頻傳輸線纜（射頻線），為了追求完美的信息傳輸質(zhì)量，兼顧原有的無線設(shè)備，無線方式有線傳輸開始流行。比如安全防護領(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。目前，美國處于領(lǐng)先地位，日韓的發(fā)展也在日益精進。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。所以，通過Matlab的仿真來掌握Smith圓圖的應(yīng)用是一項很有意義的工作。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(shè)計的程序中，圓圖依然是電路阻抗分析、匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、噪聲系數(shù)計算、增益計算的基礎(chǔ)。在微波射頻電路的設(shè)計過程中，常常會碰到電路匹配問題，離不開阻抗和反射系數(shù)等參量的計算，因此會碰到大量繁瑣的復(fù)數(shù)運算，所以常常采用史密斯圓圖來進行分析。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。同時射頻系統(tǒng)還具有不局限于視線，識別距離比光學系統(tǒng)遠等優(yōu)點。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。射頻技術(shù)（Radio Frequency），簡稱RF。迄今，我國移動用戶已超過5億，并高于固話普及率。1 引言近幾年來，無線通信系統(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。主要任務(wù)是實現(xiàn)基于Matlab的RF電路設(shè)計與仿真，應(yīng)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(shè)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(shè)計Matlab工具的使用RF系統(tǒng)設(shè)計及仿真。二、 主要任務(wù)及目標：主要任務(wù)：關(guān)鍵字：射頻系統(tǒng) MATLAB RF放大器 圓圖仿真IIMatlab based on the RF circuit design and simulationABSTRACTThis 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 transistors. Focuses on the use of MATLAB to the RF amplifier module system design simulation of a round Figure, and through examples, have been designed in line with the circle diagram. And the text of the RF transistor amplifier design of the basic theory of knowledge expounded in detail on the amplifier to the definition of performance indicators, but also describes the use of circle equation stability, gain, noise and VSWR indicators. And concluded, MATLAB can be effectively used in the RF system design, the microwave circuit simulation to achieve the circular map, we can provide the majority of RF circuit designers of great help.Keyword: RF system MATLAB RF amplifier Smith chart’s simulation北京理工大學珠海學院2009屆本科生畢業(yè)設(shè)計目 錄摘 要 IABSTRACT II畢業(yè)設(shè)計題目要求 11 引言 2 2 3 3 3 4 42 射頻電路設(shè)計的基本內(nèi)容 6 一般射頻系統(tǒng) 6 Smith圓圖的構(gòu)成和工作原理 7 7 7 9 散射參數(shù)（S參數(shù)） 103 RF晶體管放大器設(shè)計 12 放大器的性能指標 12 放大器的功率關(guān)系 13 13 轉(zhuǎn)換功率增益 14 14 穩(wěn)定性判定 15 15 16 17 增益恒定 19 單向化設(shè)計法 19 單向化設(shè)計誤差因子 20 雙共軛匹配設(shè)計法 20 功率增益和資用功率增益圓 21 噪聲系數(shù)圓 22 等駐波比圓 23 寬帶放大器 244 Matlab的計算和仿真 26 26原理分析 26穩(wěn)定性及最大增益分析 27等功率增益圓設(shè)計 28噪聲系數(shù)分析 29 30設(shè)計原理及步驟： 30 335 結(jié)論 34參考文獻 35附 錄A 36MATLAB基本知識 36附 錄B 38 38 38 40 43謝 辭 48V北京理工大學珠海學院2009屆本科生畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計題目要求基于Matlab的RF電路設(shè)計與仿真一、 主要研究內(nèi)容：畢業(yè)設(shè)計主要是完成基于Matlab的RF電路設(shè)計與仿真，主要是RF功率放大電路部分，涉及大量射頻電路設(shè)計的理論知識。而且該文對RF晶體管放大器設(shè)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。承諾人簽名： 日期： 年 月 日北京理工大學珠海學院2009屆本科生畢業(yè)設(shè)計基于Matlab的RF電路設(shè)計與仿真摘 要該文首先介紹了一般射頻系統(tǒng)，介紹了在射頻（RF）電路設(shè)計中史密斯圓圖的發(fā)展機器重要作用，接著介紹了史密斯圓圖的基本構(gòu)成原理，還介紹了晶體管的S參數(shù)。 畢業(yè)設(shè)計（論文）基于Matlab的RF電路設(shè)計與仿真學 院： 信息科學技術(shù)學院專 業(yè)： 姓 名： 指導(dǎo)老師： 信息工程學 號： 職 稱： 中國珠海二○○九 年 五 月北京理工大學珠海學院畢業(yè)設(shè)計誠信承諾書本人鄭重承諾：我所呈交的畢業(yè)設(shè)計《基于Matlab的RF電路設(shè)計與仿真》是在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨立開展研究取得的成果，文中引用他人的觀點和材料，均在文后按順序列出其參考文獻，設(shè)計使用的數(shù)據(jù)真實可靠。重點介紹了利用MATLAB對RF系統(tǒng)中放大器模塊設(shè)計的圓圖仿真，并通過實例，得到了符合設(shè)計的圓圖。并得出結(jié)論，MATLAB可以有效的應(yīng)用在RF系統(tǒng)設(shè)計中，其對微波電路的圓圖仿真實現(xiàn)，可以為廣大RF電路設(shè)計者提供很大幫助。其中，采用Matlab作為主要仿真工具，將所設(shè)計的RF功率放大電路進行性能分析，并完成RF系統(tǒng)的設(shè)計。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(wù)為標志的第3代移動通信，無論從用戶數(shù)量、業(yè)務(wù)范圍，還是從服務(wù)質(zhì)量上都得到了長足的發(fā)展。當今無線通信研究越來越熱，應(yīng)用非常廣泛，使人與人之間的通信更加方便快捷，更具有市場發(fā)展前景，而這些無線通信技術(shù)主要的應(yīng)用是射頻技術(shù)。射頻就是射頻電流，它是一種高頻交流變化電磁波的簡稱。射頻的基本原理是電磁理論：在電子學理論中，電流流過導(dǎo)體，導(dǎo)體周圍會形成磁場；交變電流通過導(dǎo)體，導(dǎo)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。所以RF射頻技術(shù)在無線通信領(lǐng)域具有廣泛而不可替代的作用。這些不同方面的要求使得功率放大器的設(shè)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(shè)計也成為無線通信系統(tǒng)設(shè)計過程中的關(guān)鍵步驟之一。由于Smith圖解法只是設(shè)計簡單的數(shù)學計算，方便而又直觀，因而得到廣泛應(yīng)用。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(yīng)用到RF電路中去，就能有效的減輕工程設(shè)計的工作量和提高設(shè)計精度。近些年，無線通信事業(yè)經(jīng)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。射頻技術(shù)不但應(yīng)用在無線通信上，而且在醫(yī)療上的應(yīng)用也在逐擴大范圍?，F(xiàn)在射頻識別技術(shù)已經(jīng)在日常生活中起著舉足輕重的作用。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。產(chǎn)生了射頻傳輸這一概念。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準、多模式環(huán)境下的應(yīng)用能力，也就是通常所說的“軟件無線電技術(shù)”。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(shù)及空中接口技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。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?，F(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。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(yīng)設(shè)計高效率的功放操作，在飽和條件下與前述的極化調(diào)制相對應(yīng)。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。射頻技術(shù)主要有：藍牙射頻技術(shù)、超寬帶、沖激無線電、WiFi、WiMAX和蜂窩廣域通信。藍牙使用跳頻方式來擴展頻譜。超寬帶(UWB)是一種無線射頻技術(shù)，支持家電、電腦外設(shè)和移動設(shè)備在短距離內(nèi)高速傳輸數(shù)據(jù)，且功耗非常低。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)。沖激無線電(Impulse Radio，IR)是最有希望的超寬帶技術(shù)之一。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。為了確保低成本的超寬帶設(shè)備，所有脈沖都具有同一波形。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(shè)計，并利用Matlab工具對設(shè)計電路的各方面性能進行測試分析。第二章和第三章是文章的基礎(chǔ)內(nèi)容，介紹了RF放大器設(shè)計的原理和工具。第四章通過兩種不同的設(shè)計方法對放大器進行設(shè)計，實現(xiàn)目標要求。492 射頻電路設(shè)計的基本內(nèi)容射頻（RF）電路的設(shè)計既借鑒了低頻音頻電路的設(shè)計方法，又借鑒了微波電路的設(shè)計方法，但是和這些技術(shù)是有重要差異的。在當前的應(yīng)用中，射頻的范圍一般指30MHZ到4GHZ。在這個范圍內(nèi)，工程師必須考慮輻射、寄生耦合，以及電路元件的頻率響應(yīng)。典型應(yīng)用是移動電話和無線局域網(wǎng)（WLAN）。輸入信號經(jīng)數(shù)字處理后，再通過DAC回到模擬形式。 Smith圓圖的構(gòu)成和工作原理Smith圓圖是把特征參數(shù)、(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