射頻電路設(shè)計(jì)技術(shù)第五章

1、5.1 射頻通信電路中單位的簡單說明 5.1.1 功率換算（a）“dBm”是指0 dB時(shí)的參照功率為1毫瓦（mW）（b）“dBW”則表示0 dB時(shí)的參照功率為1瓦（W）（c） “dBc”，這里“c”是指0 dB的參照量是載波功率。 5.1.2 50 與75 的由來 大多數(shù)射頻儀器和同軸電纜，都具有50 或75 的特征阻抗。這兩個(gè)值大多從以下兩方面考慮： 1功率處理能力2衰減5.2 集總式匹配網(wǎng)絡(luò) 在高頻領(lǐng)域中，能穩(wěn)定且正確測量的量是功率。電路的輸入功率與輸出功率密切相關(guān)，此時(shí)，可將電路網(wǎng)絡(luò)作為黑匣子進(jìn)行處理。 由于高頻電路中考慮的是功率的傳輸能力，因此，重要的是無損耗且能有效地傳輸功率。 5.

2、2.1 禁止使用電阻取得匹配 所謂“與50 匹配”，是指“從外部看電路A的輸入時(shí)，為了使阻抗變換為50 ，增加某些電路并進(jìn)行調(diào)整，使其取得匹配”的意思。 若是熟悉高頻電路的讀者，馬上想到的是“串聯(lián)接入電感L，然后并聯(lián)接入電容C，使其具有史密斯（Smith）圓圖上的50 點(diǎn)” 。 電路與 同軸電纜進(jìn)行匹配的情形 in20Z050Z 5.2.2 不同的L型匹配網(wǎng)絡(luò) 匹配電路總是通過串聯(lián)電容、并聯(lián)電容、串聯(lián)電感、并聯(lián)電感等四種方法的混合使用而實(shí)現(xiàn)。 在這里，只對史密斯（Smith）圓圖的特性進(jìn)行簡單介紹：（a）在史密斯（Smith）圓圖上，串聯(lián)一個(gè)電感，將沿等電阻圓順時(shí)針移動(dòng)負(fù)載；（b）在史密斯（S

3、mith）圓圖上，串聯(lián)一個(gè)電容，將沿等電阻圓逆時(shí)針移動(dòng)負(fù)載；（c）在史密斯（Smith）圓圖上，并聯(lián)一個(gè)電感，將沿等電導(dǎo)圓逆時(shí)針移動(dòng)負(fù)載；（d）在史密斯（Smith）圓圖上，并聯(lián)一個(gè)電容，將沿等電導(dǎo)圓順時(shí)針移動(dòng)負(fù)載。匹配電路（串聯(lián)電容和并聯(lián)電容）匹配電路（串聯(lián)電容和并聯(lián)電感） 匹配電路（并聯(lián)電容和串聯(lián)電感） 匹配電路（串聯(lián)50 傳輸線和串聯(lián)電感） 5.2.3 應(yīng)用L型網(wǎng)絡(luò)匹配復(fù)數(shù)阻抗 L型網(wǎng)絡(luò)匹配復(fù)數(shù)阻抗的原理是：其中一個(gè)阻抗的電抗/電納分量，可被匹配網(wǎng)絡(luò)吸收掉或者被添加的一個(gè)元件諧振掉，這樣就匹配了復(fù)數(shù)阻抗。 共可歸納為兩種不同的匹配網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：（a）匹配網(wǎng)絡(luò)的第一個(gè)并聯(lián)電容把FET的并聯(lián)輸出

4、電容合并掉（b） FET的串聯(lián)輸入電容可以被一個(gè)串聯(lián)電感諧振掉 5.2.4 T型網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為 型網(wǎng)絡(luò) L型網(wǎng)絡(luò)的主要缺點(diǎn)在于： 電路的品質(zhì)因子Q完全由源和負(fù)載電阻決定，換言之，采用這種匹配方法時(shí)，設(shè)計(jì)者無法控制放大器的帶寬。 T型和 型網(wǎng)絡(luò)通過應(yīng)用兩級匹配方式克服了這一限制。 連接到負(fù)載的第一個(gè)L型網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)串聯(lián)電抗及其后接一個(gè)并聯(lián)電抗構(gòu)成，它將負(fù)載阻抗轉(zhuǎn)換到選定的中間電阻。 第二個(gè)L型網(wǎng)絡(luò)由并聯(lián)電抗及其后接一個(gè)串聯(lián)電抗構(gòu)成，它將中間電阻匹配到源阻抗。兩個(gè)并聯(lián)電抗被合并成為單個(gè)元件，在任何真實(shí)的節(jié)點(diǎn)處都存在中間電阻級。5.3 分布式匹配網(wǎng)絡(luò) 在高頻頻段，螺旋電感器的分流電容、雜散諧振與分布效應(yīng)非

5、常嚴(yán)重，這意味著傳輸線匹配元件優(yōu)于集總式匹配元件。 這里將介紹分布式元件的三種匹配方法： 單個(gè)短截線匹配技術(shù)； 1/4波長變換器； 短變換器技術(shù)。 5.3.1 串聯(lián)和并聯(lián)短截線 在無損耗的情況下，開路短截線的輸入導(dǎo)納由下式給出： 短路短截線的輸入導(dǎo)納表達(dá)式則為： 設(shè)計(jì)中使用史密斯（Smith）圓圖很重要，因?yàn)槎探鼐€長度和位置的不同組合可實(shí)現(xiàn)同一匹配。 ocin0jtanYYlscin0jcotYYl 5.3.2 1/4波長變換器 1/4波長變換器的方法是，使用一條特征阻抗 ，1/4波長（90）的傳輸線，能夠?qū)⒁粋€(gè)負(fù)載電阻R變換到Z0。 晶體管的阻抗很少是一個(gè)純電阻，所以首先必須用一個(gè)電抗元件去

6、諧振掉晶體管阻抗中的虛部，通過使用一個(gè)串聯(lián)或并聯(lián)的電感或電容，有時(shí)還可以用一條傳輸短截線也能夠達(dá)到這一目的。 ToZZR5.3.3 短阻抗變換器 通過選擇變換器的特征阻抗ZT及其電長度，短阻抗變換器能夠直接將負(fù)載阻抗 匹配到Z0。jRX20T00X ZZZ RZR1T00()tanZZRXZ5.4 微帶線阻抗變換器與阻抗匹配網(wǎng)絡(luò) 微波阻抗變換器與阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)是微波電子電路的重要組成部分，任何一個(gè)微波器件，要想在良好的狀態(tài)下工作，沒有阻抗變換器與阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)基本上是難以實(shí)現(xiàn)的。 設(shè)計(jì)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的方法很多，主要有兩種方式： 通過阻抗與導(dǎo)納圓圖設(shè)計(jì)微帶線阻抗（可進(jìn)一步?jīng)Q定線寬）及串、并的連線長度；

7、 采用網(wǎng)絡(luò)綜合法。集總二元件匹配網(wǎng)絡(luò) 集總-分布參數(shù)混合匹配網(wǎng)絡(luò) 5.4.1 1/4波長阻抗變換器 1/4波長阻抗變換器有以下三種情況：（1）1/4波長阻抗變換器 （2） 1/4波長阻抗變換器變形I （3） 1/4波長阻抗變換器變形II 5.4.2 1/4波長階梯型阻抗變換器 1/4波長階梯型阻抗變換器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)方便。 但是它的頻帶較窄，為了加寬帶寬，常采用多節(jié)階梯型阻抗變換器，每段的長度是中心頻率上1/4微帶波長 5.4.3 漸變線阻抗變換器 采用連續(xù)漸變線來代替不連續(xù)階梯，這樣可在避免階梯不連續(xù)性影響的同時(shí)實(shí)現(xiàn)帶寬性能。5.4.4 單株線阻抗變換器 單株線阻抗變換器依靠調(diào)整與主傳輸線相并聯(lián)（或串聯(lián)）的終端短路（或開路）支線的長度及在主線上的接入位置（或主傳輸線長度）來實(shí)現(xiàn)預(yù)定的阻抗變換。 根據(jù)傳輸線類型與結(jié)構(gòu)的不同，單株線阻抗變換器有多種實(shí)現(xiàn)方式，對于微帶類型的微波電路，經(jīng)常采用“形”或“反形”結(jié)構(gòu)。 形阻抗變換器 反形阻