【正文】 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。 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。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(biāo)要求。 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。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)。這可由兩個方向來實現(xiàn)，一個是采北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計 4 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。 本文采用的是前一種方向?qū)崿F(xiàn)的。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。 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。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。該技術(shù)是無線傳輸高品質(zhì)多媒體內(nèi)容的理想選擇。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。 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)。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)。 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。 論文結(jié)構(gòu)簡介 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(biāo)，以及全北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計 5 文的結(jié)構(gòu)。特別是第三章詳細說明了放大器的性能指標(biāo)及設(shè)計方法。 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。因此，射頻電路的設(shè)計需要使用一些其他頻率范圍內(nèi)不使用的特殊技術(shù)。當(dāng)前的多數(shù)無線電活動都在這個范圍內(nèi)發(fā)生。 一般射頻系統(tǒng) 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。在這個配置里，輸入信號（聲音或從計算機來的數(shù)字信號）首先進行數(shù)字處理，然后壓縮，壓縮的目的是為了降低傳輸時間；最后為了抑制噪聲和通信誤碼，要進行恰當(dāng)?shù)木幋a。改低頻信號與本地振蕩器提供的高頻載波信號組合后，被功率放大器（ PA）放大，然后再到天線，天線的任務(wù)是將此編碼的信息作為電磁波向自由空間發(fā)射。 等反射系數(shù) 圓 反射系數(shù) ?為圓圖基底 ： （ ） 直角坐標(biāo)表示為： （ ） 二者之間的關(guān)系為： 22|| ir ????? ， iarctg r???? （ ） 在復(fù)平面上，以原點為圓心，反射系數(shù) ||? 為半徑所畫的圓為等反射信號圓。因為 ||? ? 1，故全部反射系數(shù)圓都位于單位圓內(nèi)。（ ）式是 以歸一化電阻 R 為參變量的一組圓，圓心坐標(biāo)為 [R/(R+1),0],半徑為1/(R+1),y 圓心軌跡與復(fù)平面正實軸重合，所有的等 R圓相切于點（ 1， 0）。圓心坐標(biāo)為（ 1， 1/X），圓的半徑為1/|X|。所有的等 X圓相切于點（ 1， 0）。 標(biāo)定電壓駐波比 ? 因為電壓駐波比 ? 對應(yīng) r1 的等電阻圓與實軸 r? 的交點，因此容易導(dǎo)出rr?????11? 圖 24 ? 的 Smith圓圖 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計 10 散射參數(shù)（ S 參數(shù)） S 參數(shù)表達的是功率波，它使我們可以用入射功率波和反射功率波的方式定義網(wǎng)絡(luò)的輸入、輸出關(guān)系。阻抗 0Z 是連接在網(wǎng)絡(luò)輸入、輸出端口的傳輸線特性阻抗。） 變換（ 8）式可得以下電壓、電流表達式： )(0 nnn baZV ?? （ ） )(10 nnnbaZI ?? () 若用（ 8）式表示功率，則物理意義十分明顯： )|||(|21||Re21 22* nnNnn baIVP ??? （ ） 若從（ 9）式中解出正向波和反向波，則可見： ?? ??nnn IZZVa 00 （ ） ?? ??? nnn IZZVb 00 （ ） 這與定義式（ 8）是一致的，因為 ???? ???? nnnnn IZIZVVV 00 （ ） 圖 25 雙端口網(wǎng)絡(luò) S參數(shù)的規(guī)定 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計 11 根據(jù)圖 25 中電壓波方向的規(guī)定，就可以定義 S 參數(shù)： （ ） 其中符號的意義為： （ ） （ ） () () 由于 S參數(shù)直接與功率有關(guān)，因此我們可以采用時間平均功率來表達歸一化輸入、輸出波。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 nf1 ininc abaPPP ??????? （ ） 如果反射系數(shù) 11S 為零，則所有資用功率都注入到網(wǎng)絡(luò)的 1 端 口。 ??????????????????? 212221 121121 aaSS SSbb .101111 2 ?? ?aabS端口入射波端口傳輸波1202121 2 ?? ?aabS端口入射波端口反射波2202222 1 ?? ?aabS端口入射波端口傳輸波2102112 1 ?? ?aabS北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計 12 3 RF 晶體管放大器設(shè)計 射頻放大器與常規(guī)低頻放大器的設(shè)計方法完全不同，它需要考慮一些特殊的因素。所以，穩(wěn)定性分析通常被作為射頻放大器設(shè)計工作的第一個步驟。 放大器的性能指標(biāo) 圖 31 是一個插入在輸入、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)之間的常規(guī)單級放大 器電路： 射 頻源輸 入匹 配網(wǎng) 絡(luò)輸 出匹 配網(wǎng) 絡(luò)負載直 流 偏置【S】 Pi n cPLΓSΓi nΓLΓo u t 圖中，輸入、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)可用于減小有害反射從而增加功率流容量。以下是放大器特性指標(biāo)的關(guān)鍵參數(shù)： ? 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(shù)（ VSWR） 圖 31 常規(guī)放大器系統(tǒng) 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計 13 ? 噪聲系數(shù)（以 dB 表示） 此外，還需要考慮其他參數(shù)，如交調(diào)失真（ IMD）、諧波、反饋以及熱效應(yīng)，所有這些都會影響放大器性能。a139。a2b239。139。100 sinssss babVZZ Zb ????????? （ ） 對應(yīng)于 39。1|1| ||212 || sinsinc bbP ????? () 放大器輸入端口的實際輸入功率為： )||1(|1| ||21)||1( 2222insinsinincin bPP ????????? （ ） 當(dāng)放大器的輸入阻抗與信號源的內(nèi)阻符合共軛匹配條件（ *sin ZZ ? 也即 *sin ??? ）時，信號源到放大器之間有最大傳輸功率。 )||1)(||1(|| || 22222 SLSALT bbPPG ?????? （ ） 其中： L? 為負載反射系數(shù)， S? 為源反射系數(shù)。 我們將放大器視為一個兩端口網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)有 S 參量及外部終端條件 L? 和 S? 確定。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(shù)只有 L? 和 S? 。為此將：ILRLLIRIRIR jjjSSSjSSS ?????????????? , 222222111111 () 帶入（ ）整理得輸出端口穩(wěn)定性判定圓的方程： 222 )()( outIoutILRoutRL rCC ?????? （ ） 其中，圓半徑為：|||||| || 2222 2112 ??? S SSrout () 圓心坐標(biāo)為：2222**1122|||| )( ?? ????? S SSjCCC IoutRoutout () ， 如圖 33（ a）所示： 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計 16 |ΓL | = 1ΓL I|Γi n | = 1 |Γo u t | = 1|ΓS | = 1ΓLRΓS IΓSRCo u tro u tri nCi n| Ci n|| Co u t|（ a ） 輸 出 穩(wěn) 定 圓 （ b ） 輸 入 穩(wěn) 定 圓 同樣，考察放大器的輸入端口，可得輸入端口穩(wěn)定性判定圓的方程： 222 )()( inIinISRinRS rCC ?????? （ ） 其中，圓半徑為： |||||| || 2211 2112 ??? S SSrin () 圓心坐標(biāo)為：2211**2211|||| )( ?? ????? S SSjCCC IinRinin () 如圖 33（ b）所示。絕對穩(wěn)定的充分條件是： 1||||2 ||||||11||||2112222221121122211??????????SSSSkSSSS () 例如考察一個晶體管的穩(wěn)定區(qū)，其 S 參量的測量值為：??????????????? , 22211211 SSSS ，由上述公式可計算出 ,||, ??????????? outoutinin rCrCk 。 我們由附錄 的 M 文件可得到圖 34 如下： 圖 34 中紅色圓為輸 入穩(wěn)定性判定圓，藍色圓為輸出穩(wěn)定性判定圓。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(nèi)部是穩(wěn)定區(qū)。已知非穩(wěn)定時： 1|||| 00 ????? ZZ ZZ ininin 和 1|||| 00 ????? ZZ ZZ outoutout 這表明非穩(wěn)定狀態(tài)有 ? ? 0Re ?inZ 和? ? 0Re ?outZ 。圖 35 給出了輸入端口的電路，要求： ? ? 0Re 39。 ??? Sinin YGY () 有 源 器 件（ B J T o r F E T ）信號源Zi n+ Ri n’ Ri n’Zi n有 源 器 件（ B J T o r F E T ）信號源 Gi n’Yi nYi n+ Gi n’( a ) 串 聯(lián)