西安電子科技大學(xué)射頻微波電路實(shí)驗(yàn)

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1、射頻電路實(shí)驗(yàn) 西安電子科技大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 TOPIC 1 系統(tǒng)簡介 17 射頻前端收發(fā)機(jī) Tx ANT Down-Mixer 射頻鐵三角  Filters ( LPF, BPF, ...) Frequency Counter Oscillators Voltage-controlled Oscillator(VCO) Freq. Doublers / Multipliers/ Dividers Mixers ( Frequency

2、Converter) Frequency Impedance Analyzer Scalar / Vector Network Analyzer Spectrum Analyzer Power Meter Impedance Transformers Matching Networks Antenna  Attenuators ( PADs) Power Splitters Couplers Amplifiers ( SSA, LNA, PA) 射頻訓(xùn)練教學(xué)五大要素 五大要素解

3、決方案 ?傳輸線理論?放大器 ?包含十二個(gè)設(shè)計(jì)單 十理^ ?功率衰減器 ?功率分配器 ?定向耦合器 ?振蕩器 ?壓控振蕩器 ?微帶天線 ?射頻發(fā)射機(jī) ?射頻接收機(jī) ?S11/S21測量功能 ?功率測量功能 ?頻率測量功能 ?PC連線功能 ?18個(gè)電路模組 射頻微波電路導(dǎo)論 ?電路設(shè)計(jì)公式 ?*.mcd files ?TRL ?CAD-MsANT ?RFGuide ?WinSmith ?布線軟件 ?教學(xué)課程 ?電路設(shè)計(jì)舉例 ?AnSoft_SV

4、Topic 1 Topic 2 Topic 3 Topic 4 Topic 5 Topic 6 Topic 7 Topic 8 Topic 9 Topic 10 Topic 11 Topic 12 Topic 13 Topic 14 十二設(shè)計(jì)方案 傳輸線理論 阻抗匹配 功率衰減器 功率分配器 耦合器 濾波器 放大器 振蕩器 壓控振蕩器 倍頻器 混頻器 天線 射頻發(fā)射機(jī) 射頻接收機(jī) TOPIC 2 教材內(nèi)容簡介 傳輸線理論1 confine E and H fields between signal line and ground Poyntin

5、g Factor P_ = ExH 必3 TEM TE TM Magnetic Field axes Ele ctric Field Guided modes of EM waves: Equivalent Circuit of a transmission line: R L Piopagation constant ( y ) and chaiacteiistic impedance ( Zo ): 傳輸線理論2 R, L, G, C: for unit length -=-(/?+/^Z.)/ A (1) — = -(<9 + jcoC ) V A (2

6、) dz dz zV2|/ from (1),(2), 二=(7?+ j(oL)(G + jcoC)V =y2V dz 7 = J(/?+ /g)(G + j *,Z0 = V 11 = 7(/?+ jcoL )/(^ + jcoC) 傳輸線特性3 常用反射損耗（RL） &電壓駐波比（VSWR）對(duì)照表 VSWR Irl Return Loss(dB) Reflection Power(%) Transmission Power(%) Transmission Loss(dB) 1.0 0.0000 infinite 0.000 100.00 0.000 1

7、.1 0.0476 26.45 0.227 99.773 0.010 1.2 0.0909 20.83 0.826 99.174 0.036 1.22 20 0.1 99.9 1.3 0.1304 17.70 1.700 98.300 0.074 1.4 0.1667 15.56 2.779 97.221 0.122 1.43 15 1.5 0.2000 13.98 4.000 96.000 0.177 1.9 0.3103 10.16 9.629 90.371 0.440 1.92

8、 10 10 90 2.0 0.3333 9.54 11.11 88.89 0.511 infinite 1 0 100 0 傳輸線理論4 常見傳輸線結(jié)構(gòu)圖 同軸線(coaxial cable) 微帶線(microstrip) 帶線(stripline) 平面波導(dǎo)(coplanar waveguide) 狹縫傳輸線(slot 1 ine) 微帶線 (suspended microstrip) 方形波導(dǎo) (rectangular waveguide) 圓波導(dǎo)(cylindrical waveguide) 翼片波導(dǎo)(fin line)

9、 介質(zhì)波導(dǎo)(dielectric waveguide) 光纖(optical fiber) Smith Chart1 -JX  Smith Chart2 Smith Chart3 Smith Chart x=-l Smith Chart5 +jx g= 8 Smith Chart5  Smith Chart6 Zo=75 Network Parameters for 2-port Network ii v—

10、 2-Port Network 2-Port Network ^2 ^2 H參數(shù)匕—+，12 V2 S參數(shù) b{ = Sna{ + Sna Y參數(shù) + %2 V2 ，2 = y2M + y22V2 Z參數(shù) K = Z1J1 + Z1212 V2 = Z21 11 + Z22，2 b2 ~ S2］。］ + S 22 a2 IRL = 20 log |5n| Gain / Loss = 20 log |521 Isolation = 20 log |5121 ORL = 20 log |522|

11、 Matching Theory3 圖(a):輸入輸出功率關(guān)系圖 Pout = 1? jL./ Rf = k ? J =p = -_ p Ut （1+左）2 ” k ratio of RL to Rs ( k = RL / Rs ) 圖(b)：輸出功率與阻抗比例關(guān)系圖 乃 5 5 。.2 o 0 Pout Zl 廣義「阻抗匹配」關(guān)系圖 當(dāng)4=Zs

12、*，即是「匹配」（Matched ） Matching Network Design1 Qs=Xs / Rs Bl 2-2(a) L型匹配電路(Rs < % ) Rs O-r- I? Rs ? Ql=RJXl I KL Pout Rl H Pout ffl 2-2(b) L型匹配電路(Rs > % ) Qs-Ql~ R X=QSRS , Qs=Ql = Xl=Ql.Rl Matching Network Design2 Cp cp=

13、^rL 圖2-2(c) Ls-Cp低通式L型匹配電路 7 圖2-2(e) Cp?Ls低通式L型匹配電路 Cs Lp Cs=1, Lp 二標(biāo) - 2唳* 2祇 圖2-2(d) Cs?Lp高通式L型匹配電路 圖2-2( f) Lp-Cs高通式L型匹配電路 Matching Network Design3 D si = Q Rs ，Xpi = g R ，XS2= Q?，Rl Cs2 Ls1

14、 Matching Network Design4 Rh=MAX（Rs，Rl） Xs2 = QR Xs】 二 Q「R ，Xp1 Matching Network Design5 設(shè)計(jì)一個(gè)工作中心頻率400MHz ,頻寬40MHz的50-75。之T型阻抗匹配 器。（Rs = 50。， R = （0 + 1） = 5050 R X p, = — = 505 “Q V 3_ = 198.9仍,J=— 17tfc F1 2, 50

15、ohm/Rs- — vs R] =75。） l~D D ，XS1=QRS =500, Q2 = J—-1 = 8.145 , XP2 = — =620 V kl @2 X$2 = 2 , R/ = 610.8 i V 1 0.79pF LS2 2A3nH , CP2 時(shí) ■ X pi 2可c 2gc，X pz 199nH/Ls1 243nH/Ls2 - iM； ；冷的2爭：: 「-口料廠 一，叫 < 75ohm/RL U79 pb D.64 pF X Attenuato

16、r(Pad)1 A a = 10 正 Z1 = Z2 = Zo， T-type Pi-type Attn Rs Rp Rp Rs 3dB 9 433 292 18 6dB 17 67 130 45 lOdB 26 35 96 71 15dB 35 18 72 136 20dB 41 10 61 248 Rp=Z。洛 Q1| |V^-i Rs 1 = Rs 2 = 7jO , —3= Ja +1 a = 10 歷 Rs = Zo」~ 2?Ja Rpl = Rp2 = Zo-

17、/E+1 4a-\ Power Splitters1 (a)「A型電阻式」等功率分接器；(b)「丫型電阻式」等功率分接器 優(yōu)點(diǎn)為：頻帶寬、布線面積小、皮設(shè)計(jì)簡單 而缺點(diǎn)是功率蓑減大(6dB ) . Power Splitters1 Port-1 Pl - Cp Z。 Ls r ls Port-2 0 p2 r0 p 3 Port-3 —(a) low-pass 圖4-2 (a)「低通L＜式」等功率分接器 (b)「高通L＜式」等功率分接器 Power Splitt

18、ers2 P2 = P3 = - 3dB Zo :特性阻抗 入：輸入信號(hào)波長 圖4-3 (a)「微爾金生型」等功率分接 器 Wilkinson Power Splitters2-5 Port2 E=90deg F=750MHz Port3 Z=70.7 750MHz Wilkinson Power Splitter mil P- lOCCtnII Pwll ?

19、 2 I ITmll ? PorlZ jJGhnll P--SDCfcill P-2D0mll Wl-eirnll W^BUnll V> I I rmll P-ZOCmll 8 aAS-60ml| W-Snll F-tDriii 心 6Onll AMO p.+G2mli L364EII 5blAGImll g I.6cmiI Wl-6lml| U\J8nll F. 4cmi| ，八A I ITmll yUI-6riill A.NG-^Jey MV-6 hull W6 Im 11 p-5oamn P-4&Zmll UMEdmll l-r \ WI-

20、/ \ M3 I ecrnll IltTill 心 Gimli P-IOdOnill VV-6lnill ，『I ITlrill P.2conil Y1——0 NWA1 Ansoft Corporati on 750MHz Microstrip kinson Power Splitter F [GHz] Y2——h dB(S21)一 NWA1 Y2—G dB(S31)一 NWA1 Y1T dBCS22) NWA1 Y1—洋 dB(S33) N

21、WA1 X1 = 0 75GHz Y1=-33.09 X2=0 75GHz Y2= -3 14 Wilkinson Power Splitters2-5 Wilkinson Power Port-1 圖4-3 (b)「叉路線型」等功率分接器 Power Splitters3 設(shè)計(jì)公式： C = -3dB K = l(f%。=0.5 Power Splitters4 z2 Z4 Z3 Z5 圖4-4 (b)「威爾金生型耦合線」比例功率分接器 設(shè)計(jì)公式：P , —=k P3 y。 ——R L]zo P3 Z2 =Zok3^ (l

22、+ k)i/4 7 7—7 “1/4 7 — — 乙4 一乙乙5 -女1/4 Directional Coupler1 Port-1 Pl - Port-4 . P4 Directional Coupler 方向耦合器 Port-2 A P2 a Port-2 P3 傳輸系數(shù)：Transmissi on = T(dB) = -10 - log P3 耦合系數(shù)：Coupling = C(dB) = -10 - log— , , P4 阻抗系數(shù)：Eola

23、tion = I(dB) = -10 - log 方向系數(shù)：Directivity = D(dB) = I(dB) 一 C(dB) Port-1 Pi P4 Port-4 Directional Coupler2 Z。 Ls Cp 0- TUT Cp -0 (a) low-pass type Port-2 P2 P3 Port-3 (b) Port-1 Z 3 Port-2 Pi o_n_I I_r_0 P2 Lp 0 牛 p4 0-5-1 |_io p3 Port-4 Port-3 (b) high-pass type 「高通L＜式」叉路型耦

24、合器 「低通L＜式」叉路型耦合器 (a) Zoe Port-1 Pi Port-2 」P2 6 「4 J Port-4 Port-3 (d)平行線型耦合器 Directional Coupler3 設(shè)計(jì)一個(gè)適用于400MHz之lOdB的「高通L-C式」叉路型耦合器。(Zo=50 ohm) ML:U50 UL;網(wǎng) -E H： 1.Bnn HetliC^lnU I_： ER:4.5 VAR Label ：5uh TRrOs0,B15 st

25、ep 5BrHs 100gnfc snfc P5B:10w Poi&m CliE.EpF L2; 20nH FREQ [GHz] Directional Coupler4 設(shè)計(jì)一個(gè)適用于750MHz之10dB的平行線型耦合線 50ohn —n —n o.o Pl X f —』1P2 「 60 — mm 一—— ms 上三巴 用后三 hq_ 0 0 L^— HU ： 1gMM jaa 9 U2：Uc 屹:14c n2 吁心:小“ T^-L-i m：N50 N1:U50 r-J

26、-1 H： 1 1 L 1——d k-^rl ) H :1.6mm ER;4,5 L ben?一1n1 nlL—1一工邑洞 bend . 1nt p,—__4nl ? . bend 廠]~. 悍~label rsub TRND：0,015 i-H同：時(shí)①必：儂 .200 R U2:U^：S4J2:Uc n 占佞落p：Pc j三占 VRR 5。而 上矍 靠山 50ohn 的 _J U50：2.92mn P50；10mm [ 1 ljc：2.38mm -30.0 P5 P4 Sc：0.3Um FREQ Pc： 5?. 16mri L (near -35.0

27、 step 50MHz 1000MHz 5MHz 40.0 o (Zo=50 ohm) 1 ? , 1 1 ,"卜[ “卜 "+H-FF dB S21 m+H-},+ ~+H+-H+ ,4~hh~ 4~h"-1T~H44~|"H~PF .：；11111111「111 ：i 11111111111」11111111111「11111111「. 性寺爭膽嘲M書1邛 _]T1 QQ 1 1 :zlehzzlljjzzllllTh Q.D1 xmmmnxmmi ,(1 ] 3 ] ，用 珅福田.卜1 - H 府解鞠理 EM 卅 /二 .""rrri—rrn-rrTT* dJB

28、Sl 1 14"；[二一1l-1】:十片十 - _L j [ ! 前’油’諭’td ",tT 5* f,# ‘"小‘M蜴5 ‘ ‘仙 FREQ [GHz] Filters1 Butterworth Maximum Flat Tchebyshev Type-I Tchebyshev Type-II Elliptic Frequency (co) Frequency (co) Frequency (⑹ Frequency (o)) (a) Low-pass

29、Butterworth filter (b) Low-pass Tchebyscheff filter (c) Low-pass inverse Tchebyscheff (d) Low-pass elliptic filter 「低通濾波器」方法: Filters2 (A) 「巴特渥斯型」(Butterworth Lowpass Filter ) 步驟一：決定規(guī)格。 重路阻抗(Impedance) : Zo (olmi) 截止頻率(Cutoff Frequency ) : fc (H

30、z) 截通頻率(Stopband Frequency ) : fx (Hz) 通帶衰減量(Maximum Attenuation at cutoff frequency ) : Ap (dB) 截通衰減量(Minimum Attenuation at stopband frequency ) : Ax(dB) 步驟二：言十算元件級(jí)數(shù)(Order of elements，N )。 ,N取最接近的整數(shù)。 [0-_] 0.5 log - N> —— log復(fù) 步驟三：差十算原型元件值(Prototype Element Values，gQ。 0 . (2K —1)不 gK =

31、 2 - sin , k 2N K = \,2-N 步驟四：先逗攆「串L加C型」或「加C串L型」 ，再依公式算^除甯感甯容值。 (a)「串LigC型」 L以 odd (b)「左串L型」* gdd ?Z。 g odd g even 2 球 c * Zo C even r 、 2%?Zo T _ g even，Z。 ^even c _c 2/ Filters3 Mag2 =10-Ax/lQ 5 =10必1。_1 11 - Mag2 arccos

32、 J \Mag2 N > ： y = siiili^ 2N (B )「切比雪夫I型」(Tchebyshev Type-I Lowpass Filter ) 步驟一：決定規(guī)格。 電路阻抗(Impedance) : Zo (olnn) 截止頻率(Cutoff Ftequency ) : fc (Hz) 截通頻率(Stopband Frequency ) : fx (Hz) 截通衰減量(Minimum Attenuation at stopband ) : Ax(dB) 步驟二：計(jì)算元件級(jí)數(shù)(Order of elements，N )。 5其中 n取最接近的善

33、談 arccos(— 采用奇整數(shù)是為了「切比雪夫低通原型」在偶數(shù)級(jí)時(shí)，其輸入與輸出阻抗不相等的力 情況。 步驟三：計(jì)算原型元件值(Piototype Element Values 5 gK) 0 a 2Axa 團(tuán) 二 r 8 k = - 夕 K = 2,3?.?,N . .(2K —1)% 4 = sin- - k 2N Bk =/+sin2(^) Sk-\ e 練—i Filters4 一、設(shè)計(jì)實(shí)例： 設(shè)計(jì)一個(gè)3dB截至頻率為75MHz之「切比雪夫型1dB淳波」LC低通濾波器(Zo=50 ohm) 且其在100MHz至少有20dB的衰減。 解： 步驟一：

34、決定規(guī)格。 電路阻抗(Impedance) : Zo = 50 ohm 截至頻率(Cutoff Frequency) : fc = 75MHz 版通頻阜(Stopband Frequency) : fx = 100MHz 通帶衰減量(Max. Attenuation at cutoff frequency) : Ap = 3 dB 截通衰減量(Min. Attenuation at stopband frequency) ： Ax = 20dB 步驟二：計(jì)算元件級(jí)數(shù)(Order of elements，N)，N取最接近的整數(shù)。N = 5 步驟三：計(jì)算原型元件值(Prototype曰e

35、ment Values，gQ。 gl g2 g3 g4 g5 2.2072 1.1279 3.1025 1.1279 2.2072 Cl L2 C3 L4 C5 理論值 93.66pF 119.7nH 131.65pF 119.711H 93.66pF 采用值 94pF 120iiH 132pF 120iiH 94pF 步驟四：選擇「并C串L型」 .10.CC- -10OJ. 副CO- -4C0J. oro iblo 2bt 3ilo Ecto vtio FREQjMHz] OJ -20 50OH

36、120nH 120nH 50OH 94pF 132pF 94pF Chebyshev Low Pass Filter4-1 Portl Chebyshev Low Pass Filter4-3 Chebyshev Low Pass Filter44 Chebyshev Low Pass Fi-ter4& 7一s3._

37、 Q=10000 T Q=10000 Q=10000 -8D--H Quow Q=10000 E-I f ^03= DSDm= □G“學(xué)一一 w=gm一一 DM5m= 口卬學(xué)一一 wrn一 Hsg= W3A15m= wtsm= or-H OH-000 Q=10000 , Q=10000 Wi5om= □US3一 □GG0m= 5P ns3= W3"15m= W4=sg._ 曷1*3= El w=gm= DSDi.一 □G=20m=

38、 Chebyshev Low Pass Filter4-# ssbj mo] AaqsXqaqo Chebyshevl w Pass Chebyshev Low Pass Filter4-9 20 10 00 -10 -20 -30 TO -50 -60 Down Converter S11 Bandl 0.52.14 -24 NO

39、D 曲 PI 旗 21 DO 50Mhz |S21||BandO| 0. 43.91 0 1. zu ■ 10 ■ 00 ■ iiii iiii iiii iiii IIII IIII IIII ? ? i i i i i i 1 1 1 1 1 1 ■ r v ? ? ? ? ? ? ? ■ t I 57.43 0 2. 2. 64.03 -1 ■ , ? , ■ . 3. 4. 3. 69.93 ?2 I 75.92 -5

40、 1 1 1 I 1 1 1 1 1 1 5. -10 ■ 1 1 IIII ? ? ? J ? i 7 1 1 i ? ! ~ L 1 9 5. 81.93 -7 6. 6. 88.02 -10 7. -20 ■ iiii iiii iiii 1 1 1 1 1 1 1 8 ； 7. 94.02 -13 ..........J ,???????????? 8. 8. 100.01 -17 9. -JU - -40 - -50

41、■ .Rn - iiii iiii iiii 1 1 1 1 1 1 i i i 9. 106.05 -21 ■ ■ F?????????? 10. 11. 12. 13. 10. 11. 12. 13. iiii iiii iiii 1 1 1 1 1 1 i i i iiii iiii iiii 1 1 1 1 1 1 ~~11 ).9 84.9 90.9 9( i i i 1 1 1 1 1 1 1 1 1 51.6 56.7 62.4 68.1 7

42、3.8 79.5 85.2 90.9 96.6 102 108 — iiii 419 55.0 61.0 67.0 729 7( ? L9 103 109 Filters5 「帶通濾波器」設(shè)計(jì)方法： 步驟一：決定規(guī)格。 電路阻抗(Impedance) : Zo (olnn) 上通帶頻率 (upper passband edge frequency ) : (Hz) ，BWpass=fpU -fpL 下通帶頻率 (lower passband edge frequency ) : fpL (Hz) r _ fT~- 上截通頻率(uppei stopband edg

43、e frequency ) : fxl] (Hz) |。\ J pl J pu 下截通頻率(lowei stopband edge frequency ) : fXL (Hz) 通帶衰減量(Maximum Attenuation at passband ) : Ap (dB) 截通衰減量(Minimum Attenuation at stopband ) : Ax(dB) 步驟二：計(jì)算元件級(jí)數(shù)(Oide】 of elements，N)。 ①xi = (A JxL B%s. 0X2=(冊(cè) fxu) BWPass ①X= MIN ①XI@X2) (1)

44、「巴特沃斯型」(Butterworth ) ，N取最接近的退。 (2)「切比雪夫型」(Tchebyshev Type) ，N取最接近的麥整麟 N> 10^-1 65 kg 10Ap/10_1 arccos Mag2 N> arccos(6Z?x) 步驟三：計(jì)算「低通原型」元件值(Prototype Element Values，gK) ,其公式依前所示。并選擇「串L并C型」或「并C串L型」， Filters6 以計(jì)算出實(shí)際電容(Cp)、電感(Ls)值。 (a)「串L并C型」Lsodd gdd Z 2小與卬9 Cd =

45、 g even even ~ 17i-BWDas-Zo pass (b)「并 C 串 L型」 二 gdd Ls 二 g""Z。 如一 2兀.BWpass 2。 even~27T-BWpass 步驟四： 計(jì)算「帶通原型」元件轉(zhuǎn) 換值。由「低通原型」實(shí) 際元件值依下列轉(zhuǎn)換對(duì)照 表計(jì)算出「帶通原型」實(shí) 際元件值，并用「帶通原 型」轉(zhuǎn)換電路取代「低通 原型」電路元件，以完成 帶通電路結(jié)構(gòu)。 「低通原型」 電路元件 「帶通原型」 轉(zhuǎn)換電路 轉(zhuǎn)換公式 Cp jqH Lp LP = 2 c 8。C p Cs=-^- Q, = 2 班 電感 Ls Cs Ls

46、 —1|w— 設(shè)計(jì)一個(gè)中心頻率為75MHz、通帶頻寬為10MHz的「切比雪夫型O.ldB淳波 j帶通濾波器(Zo=50ohm)，其截通頻寬為30MHz，而截通衰減量至少 到爛：決定規(guī)格。 電路阻抗(Impedance) : Zo = 50 olun 上通帶頻窣(upper passband edge frequency ) : 75 + 5 = 80 MHz 下通帶頻率(lowei passband edge frequency) : fpL = 75 5 = 70 MHz 上截通頻率(upper stopband ed

47、ge frequency ) : %； = 75 + 15 = 90 MHz 下截通頻率(lower stopband edge frequency):研=75 15 = 60 MHz 通帶衰減量(Maximum Attenuation at passband ) : ip = 0.1 dB 截通衰減量(Minimum Attenuation at stopband ) - Ax = 30dB 步驟二：計(jì)算元件級(jí)數(shù)(Oide】 of elements，N)。 Filters7 cox - MI1^cdxvcdx1) - 2.778 ，f = 4fpL$u=7483MHz， BWpass

48、 = fpu- fpL = imhz arccos NN 1 — Mag2 Mag2-s2 arccos(6?x ) 「切比雪夫型」(TchebyshevType)，N取最接近的差嚶藪;N=3 步驟三：計(jì)算「低通原型」元件殖(Prototype Element Values，gK)，其公式依前所示。并選擇「并C串L型」 ，以計(jì)算出實(shí)際電容(Cp)、電感(Ls)值。 步驟四：計(jì)算「帶通原型」元件轉(zhuǎn)換值。由「低通原型」實(shí)際元件值依下列轉(zhuǎn)換對(duì)照表計(jì)算出「帶通原型」實(shí) 際元件值，并用「帶通原型」轉(zhuǎn)換電路取代「低通原型」電路元件，以完成帶通電路結(jié)構(gòu)。 低通原型值 gl 1.4329

49、 g) 1.5937 1.4329 低通原型元件值 Cpl 456pF Ls2 1268nH Cp3 456pF 帶通原型轉(zhuǎn)換值 Lpl IOiiH Cs2 3.6pF Lp3 lOnH Small Signal Amplifier1 (Max. Gain Design ) Rl 圖7-1放大器電路方框圖邑2=$22 + Si2s21” If「s 「in 二 s’" r out= r S’22 Rs rs 單邊設(shè)計(jì)評(píng)量因子

50、(Unilateral Figure of Merit M) 最大增益誤差比 M=IM2 Hs21卜國1卜凡2| ■(l-|Sn|2).(l-|522|2) 1 Gt 1 r< < ? (l + 〃)2 Gs (「")2 「轉(zhuǎn)換增益」(Transducer Gain) G =(1-『$「>艮『(1-隆「) L |(1-S3)(l-$22匚)-跖2S21「J  Small Signal Amplifier2 單邊放大器設(shè)計(jì)(Unilateral Amplifier Design ) 『in = s” 及 r0UT = s22 Gtu = GsGoGl Gs

51、 = 1 一園 2 Go =|^21|2 Gl = 1 一園 2 IfW 1 211 「S 二 S“* 及「L = $22* 雙邊放大器設(shè)計(jì)(Bilateral Amplifier Design ) 「_ c* _ c i Ai-Q 11- 11 i-s^L 「_ q _ s + Si2s2 K lOUT — 022 - 22 0 「 1fls r -r * 乃 「 -r * 1 S -1 IN 乂 1 L -1 OUT 「最大單邊轉(zhuǎn)換增益」 (Maximum Uni lateral Transducer Gain) Q . B1Jbi2-4.|C1|2 bi = 1

52、+ I5u| -|522| -|aI L = L 2 - 與=1 -品「坐2「-|A|2 1 g — — a-s22 q- b2 ^-4-|c2|2 g =22-△豆 F) = ； ~2 △ = S11S22 — S]2s21 2.|G| Small Signal Amplifier3 放大器的穩(wěn)定條件(Stability Criteria) 穩(wěn)定因子(stability factor) K= 1 1 g1 1 1 絕對(duì)穩(wěn)定(Unconditionally stable) K > 1 ，ISHI < 1 且 IS22I < 1 I lcsl - rsl > 1 ISHI

53、< 1 且 I lcLl - > 1，IS22k 1 條件穩(wěn)定(Conditionally stable) I lcsl - rsl < 1 ISnl< 1 或 I lcLl - rLl < 1 IS22I< 1 「輸出穩(wěn)定圖」 (Load Stability Circle): IS12S2J S2212 TAf 匕一止〃 圓心 c = G 「輸入穩(wěn)定圖」(Source Stability Circle) 半徑「 圓心 Small Signal Amplifier4 圖7-2 (a)絕對(duì)穩(wěn)定圓 圖7-2 (b)條件穩(wěn)定圓 穩(wěn)定區(qū)域 (斜線區(qū))

54、  Small Signal Amplifier5 AT41511設(shè)計(jì)一900MHz放大器。其中電源為12VDC，輸出阻抗為50。。 AT41511 的S參數(shù)表(％e=8V , 1c=25mA , Zo=50。, Ta=25℃)如下列。 Freqency (GHz). Sj Si. s” Mag. Ang. Mag. Ang. Mag. Aug. Mag. Ang. 0.5 0.49 -153 12.7 98 0.030 50 0.42 -35 0.6 0.48 -159 10.7 94 0.034 52 0.39 -3

55、5 0.7 0.48 -163 9.3 90 0.037 53 0.38 -35 0.8 0.47 -167 8.2 87 0.040 55 0.37 -36 0.9 0.47 -170 7.3 85 0.044 56 0.36 -37 1.0 0.47 -171 6.6 82 0.047 57 0.37 -38 1.5 0.44 177 4.9 71 0.065 59 0.40 -42 2.0 0.41 163 3.4 61 0.083 58 0.42 -45 1644二〉「絕對(duì)

56、穩(wěn)定」 3.085 「主動(dòng)元件」的K值在設(shè)計(jì)頻率上大于1，為「絕對(duì)穩(wěn)定」 「輸入穩(wěn)定圖」的圓心距離大小I cs | = 2.675 ,大于其半徑大小為二 「輸出穩(wěn)定圖」的圓心距離大小| Cl| = 4」23 ,大于其半徑大小與二 「單邊設(shè)計(jì)評(píng)量因子」M = 0.08>0.03,不可以用「單邊設(shè)計(jì)」，而需采用「雙邊設(shè)計(jì)」 經(jīng)「雙邊設(shè)計(jì)」計(jì)算公式，可得 「最佳輸入反射系數(shù)」「Sm=0? 821/172.6。， 「最佳輸出反射系數(shù)」產(chǎn)。?787/41.2。 「最大轉(zhuǎn)換增益」GTmax=20.821dBo MMIC Amplifier1 ERA-33SM 2-Por

57、t MMIC S-parameters Datafile *.s2p # FreqUnit Type Format [ R val ] FreqUnit: Units of the frequency data. Can be Hz, kHz, MHz, or GHz. Type: Network data type. Can be S, Y, or Z. Format: Format type. Can be MA, RI, or DB, where DB signifies that all magnitudes are given in decibels and pha

58、se is in degrees. Val: Reference resistance fbr the data set (used fbr S parameters) !Mini-Circuits ERA-33SM Vd=4.3V / Id=40mA / Ta=25degC # GHZ S MA R 50 8.923 8.861 8.760 8.620 8.541 8.356 -3.02 -1.79 -11.83 -15.26 -20.93 -23.45 -27.84 -32.46 -36.25 -39.72 -46.65 100 0.12

59、 200 0.11 300 0.11 400 0.12 500 0.14 600 0.14 700 0.15 800 0.17 900 0.18 1000 0.2 1200 0.22 19.3 9.194 16.44 9.215 22.75 9.120 28.3 9.047 30.09 8.995 34.43 35.77 35.78 35.29 35.21 32.45 175.92 0.08 172.81 0.09 168.97 0.08 165.02 0.09 161.42 0.08 157.99 0.08 154.56 0.09 15

60、1.34 0.08 147.85 0.08 144.61 0.08 137.8 0.08 2.37 0.13 -3.74 0.14 -0.44 0.13 -0.55 0.13 -0.14 0.13 -2.35 0.13 -1.98 0.13 0.06 0.13 -2.14 0.12 -2.53 0.12 -2.44 0.12 MMIC Amplifier7 Ansoft Corporation MMIC Amplifier Initial Y1—0 dB(S11) NWA1 dB(S12) NWA1 Y1——h d

61、B(S21) NWA1 Y1—Q dB(S22) NWA1 X1= 0 40GHz X2= 0.40GHz X3= 0.90GHz X4= 0 90GHz Y1= 19,13 V2= -18.42 Y3= 18.71 4= -14.91 W-IIMII p-40jmii 100卬 F 117m ll p- 10cmM _E01?IM 步 IWnll P- loan II _E0=d 105 ss w>6ami 心 Him ll ^l-ll7mll T 一 lOCCfiF 1>3GO

62、 Ansoft Corporation MMIC Amplifiei Practical Y1—0 dB(S11) NWA1 Y1——I dB(S21) NWA1 1—n- dB(S22) NWA1 1— dB(S12) NWA1 X1= □ 40GHz Y1= 19.07 X2= 0.40GHz Y2= -20.7D X3= 0.90GHz V3= 18.65 X4= 0.90GHz Y4= -15.20 BJT Oscillators1 Oscillation Threshold

63、: IT s Si I > 1 r i. r S Tout=S22 r L Su _ C , 2521rL ― D ] ] -I i - s22rL c* _ c , ^12^21^5 O 99 kJ I i-sHrs Figure Block Diagram and Oscillation Conditions of Oscillator Circuit 一般振蕩器電路可以穩(wěn)定振蕩的條件有三個(gè)： （一）「雙端口主動(dòng)器件電路」的穩(wěn)定因子（Stability Factor，K）必須小于1，即K< 1 o可 利

64、用「射極（或源極）回授電路」來完成。 （二）「共振電路」的輸入反射系數(shù)「雙端口主動(dòng)器件電路」的輸入反射系數(shù)的乘積等于 i 即 rsr in = 1 o （三）「輸出負(fù)載匹配電路」的輸出反射系數(shù)與「雙端口主動(dòng)器件電路」的輸出反射系數(shù) 的乘積等于一，即rLr0Ut = 1 o 而要讓振蕩器電路的開始振蕩條件為|「s1/ > 1 o BJT Oscillators2 FREQ F啊GHz] LL&00L do。 Voltage-Controlled Oscillator 1

65、2Vdc/1.3mA 200 -400MHz VCO 0.56pF 2N5208 II 33 K 10K 3.3K 里 KV2101 15dBm output 50 ohm LOAD ?^une/0-20Vdc ? Gain Factor ( Kvco ) ( MHz/V ) ? Tuning Freqency Range ( MHz ) ? Tuning Votlage Range (V) ? Output Power Flatness (dB) ? Spurious Rejection (dBc) ? Items same as oscillator (

66、alzYcnz-nxr》 200 - 400、HIz vco 10 Tliniru: Vokaee、Vtune ( Vdc ) Antenna1 +++ +++ 偶極子天線的原理圖 圖10-3偶極子天線的「近場」與「遠(yuǎn)場」示意圖 Antenna5 Normalized E field in the y = 0 plane. 工，；，二 r 二；J X : ■■.AXAJ*/，?,JfJ ? rj 戶J*/// ,? ， a 4 /. "?? z r ---. ■二: w二三； ，：：、；、：，『 ?:;、工、、、二 io n、； A -Lf^9LM-kL^ Li k I ? 1:x: :、w 二 w\\、： I. lll ll lb Bl bl I- -