武漢大學(xué)射頻期末作業(yè)

武漢大學(xué)電子信息學(xué)院2014-2015學(xué)年度

第一學(xué)期期末考試

2014級(jí)研究生射頻電路試題

2014282120188

注：下面試題中XXX是自己學(xué)號(hào)的后三位1.（15分）設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)特性阻抗為50歐姆、中心工作頻率為

2.xxxGHz的180°混合耦合環(huán)，要求用集總參數(shù)及分布參數(shù)（微帶基板參數(shù)：介電常數(shù)為4.2,介質(zhì)材

料厚度為1.45mm,導(dǎo)帶厚度為0.035mm）兩種形式實(shí)現(xiàn)。通過(guò)ads仿真給出兩種形式各口頻率響應(yīng)特

性。2.（15分）設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)特性阻抗為50歐姆、中心工作頻率為（2.4+O.xxx）GHz、帶內(nèi)波紋為

0.5dB、帶寬為400MHz、阻帶600M處衰減20dB的帶通濾波器。要求用集總參數(shù)及分布參數(shù)（微帶基

板參數(shù)：介電常數(shù)為4.2,介質(zhì)材料厚度為1.45mm,導(dǎo)帶厚度為0.035mm）兩種形式實(shí)現(xiàn)。通過(guò)編程

計(jì)算及ads仿真分別給出各端口頻率響應(yīng)特性并比較兩者特性。

3.（25分）設(shè)計(jì)一個(gè)兼顧增益的低噪聲放大器。放大管參數(shù)從網(wǎng)上下載，電子檔報(bào)告要求附上放大管

datasheeto在畫出多個(gè)等增益圓和等噪聲系數(shù)圓的基礎(chǔ)上，確定噪聲，增益和頻率等參數(shù)，但要求頻

率小數(shù)點(diǎn)后三位與學(xué)號(hào)一致。4.（25分）已知5.xxxGHz時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管共源極的S參量為Sll=0.97Z

-32°,S12=0.05Z49°,S21=4.50Z156°,S22=0.59Z-26°o設(shè)計(jì)50。負(fù)載的一般共柵極振蕩器及反

射型介質(zhì)諧振振蕩器。介質(zhì)諧振器的參數(shù)為Q0=5000,8=7。全部匹配電路采用分布參數(shù)器件（微帶基

板參數(shù)：介電常數(shù)為4.2,介質(zhì)材料厚度為1.45mm,導(dǎo)帶厚度為0.035mm），并畫出兩種振蕩器|fout|

隨頻率變化曲線.

5.（10分）已知通信系統(tǒng)的工作頻率2.xxxGHz,信道帶寬為20MHz,發(fā)射及接收天線增益均為15dB,

接收機(jī)整機(jī)噪聲系數(shù)為6dB,接收機(jī)正常工作的信噪比為12dB。若發(fā)射機(jī)功率管的輸出三階交調(diào)截點(diǎn)

0IP3（不考慮功放前面電路對(duì)總?cè)A交調(diào)截點(diǎn)的影響）為40dBm,功率容量Pout,ldB為31dBm,求27℃

時(shí)系統(tǒng)的最大通信距離。

6.（10分）設(shè)計(jì)一個(gè)無(wú)線數(shù)字通信系統(tǒng)，要求其通信距離為2公里，數(shù)據(jù)率為100Mbps。編碼方式自

選（編碼不同，譜效率及碼元能噪比不同），收發(fā)天線增益均為1,若假定系統(tǒng)工作帶寬為中心頻率的

10%,針對(duì)頻率6.xxxGHz,給出系統(tǒng)正常工作的最小功率。若通信距離為10公里時(shí)情況怎樣？

2014級(jí)研究生射頻電路試卷

專業(yè)電子與通信工程年級(jí)研一2014級(jí)學(xué)號(hào)2014282120188姓名王世杰_________

成績(jī)總分123456

1.解：學(xué)號(hào)末三位為188,則中心工作頻率為2.188GHz。

集總參數(shù)設(shè)計(jì).

由180°混合耦合環(huán)結(jié)構(gòu)可知，其環(huán)線總長(zhǎng)度為絲，2口與1口、1口與3口及3口與4口間距均為巴。

44

因此設(shè)計(jì)三個(gè)90°電長(zhǎng)度，再設(shè)計(jì)一個(gè)270。電長(zhǎng)度就可以完成設(shè)計(jì)。

90°電長(zhǎng)度的電路可以用萬(wàn)型電路代替，其電路圖如圖1：

圖1萬(wàn)型結(jié)構(gòu)電路圖

乃型結(jié)構(gòu)電路圖，它的轉(zhuǎn)移參量矩陣為：

r-I1-CD~LCj①L

jcoCil-^LC)\-arLC

由課本查表可得，A參數(shù)的結(jié)果

cos(")jZcsin(〃)-

[A〕=/sin(例)cos(4)

90°電長(zhǎng)度時(shí)，稅吟

一。jZ：

所以，[A]=J_0

_Z,_

0jZc

\-CO2LCjcoL

所以,./

jcoC(2-co2LC)\-CO2LC0

z.

L*=aZ。V2-5O

”=5.1790“4

CD2兀f2萬(wàn)*2.170*1()9

所以，?

1_1_________1_________

c=9F=1.0358pF

coZc~2%/&Zo-2^-2.170-10-50V2

2700電長(zhǎng)度的電路可以用T型電路代替，其電路圖如圖2：

cc

T型電路，它的轉(zhuǎn)移參量矩陣為:

1

CO2LC菽一蘇“)

1

X~co2LC

jeL

3%

270°電長(zhǎng)度時(shí),伊

0-%

此時(shí)，[A]=j(

Lz.

------------(2-------)

0~jZc

a)2LCjcoCCD2LC

所以,-工0

,1J

Z,

jcoLCD2LC

Z-0Z。V2-50

”=5.1790〃”

,『行2萬(wàn)*2.170*1()9

解得,

1_1---------!-------f=F=1.0358pF

coZc-2萬(wàn)/后Z02^-2.170-109-50A/2

從計(jì)算結(jié)果可知，兩種電路的L和C值一樣。

所以，集總參數(shù)的電路設(shè)計(jì)如圖3：

Term,Term,

lfTerm........................................................TermlTerm3

Term4

Term2Num=1.Num=3

<Nuni=2/Num=4

.Z=SOOhmZ=50Ohm

>ZsSOOhm>Z=50Ohm

C3.

*C=i.0368pF

I

圖3.集總參數(shù)電路設(shè)計(jì)圖

ADS仿真結(jié)果如圖4、5、6、7、8、9、10、11所示：

(

二

s)

pm

freq,GHz

圖4.dB(S(l,D)

m2

-3.010

-3.015

(-3.020-

o

zm2

-3.0253freq=2188GHz

codB(S(2,1))=3010

pm

-3.030-

-3.035-

-3.0402222222222

.....

414122222

o。24802468

6,6X

freq,GHz

圖5.dB(S(2,D)

-2.994

-2.996

-2.998

(-3.000-

m

e

s-3.002-

m

p-3.004-

-3.006-

-3.008

-3.010

-3.012—-———-——-——

22222222222

..二..

0一4222

11122

o8。2468。2468

6

freq,GHz

圖6.dB(S(3,1))

-40

(

(

L

G

cmo

p

-160-

-180—

-200-

-220-

4o

I2--——

-2O22N

.2

6011

802NJ

00

freq,GHz

圖7.dB(S(4,1))

圖8.S(4,4)和S(h1)的頻率響應(yīng)圖(左邊幅頻特性，右邊相頻特性)

07084

07082-

07080-

((

二7

7

E.

07078-返

訪B*

ee

E07076-

m5

s.freq=2188GHz

07074-phase(S(3.1))=-90000f

07072-

07070

§

圖9.S(2,4)和S(3,1)的頻率響應(yīng)圖(左邊幅頻特性，右邊相頻特性)

圖10.S(3,4)和S(2,1)的頻率響應(yīng)圖(左邊幅頻特性，右邊相頻特性)

00030

00025

gg(S(4.i)產(chǎn)1646E-12

(00020(g

(cG-

dqidx

sssS40

)oJ

00015s35

ffErrQe格30

Eg&

00010

圖11.S(1,4)和S(4,1)的頻率響應(yīng)圖(左邊幅頻特性，右邊相頻特性)

由圖9可知，S(3,1)和S(2,4)的頻響，右邊相位相差180°,與180?；旌像詈檄h(huán)特性相符,而且幅度在2.165G

處達(dá)到0.707倍，功率均分。

由圖10可知，S(2,1)和S(3,4)的頻率響應(yīng)都重合了，而且幅度在2.170GHz處剛好是0.707倍,說(shuō)明功率均分

了.

因此該設(shè)計(jì)滿足要求。

二.分布參數(shù)設(shè)計(jì)

使用ADS的LineCalc計(jì)算微帶線的參數(shù),如圖12：

HLineC^k/untided

圖12.Linecalc計(jì)算微帶線的參數(shù)

因此可得到，w2=2.8272mm；\vl=l.4808mm,線長(zhǎng)19.7964mm；rl的初值是(19.7964—枚2)/(4/3)=16.2044〃7/〃

ADS仿真電路圖如圖13：

Ttrrn

Subst=-MSubr

TI3Tenn3Stan=2073GHz

Z=50OhmW=28272mmSubst="MSubrNum=3Stop=2273GHz

L=25mm

0W=2B2Z2mmZ=50OhmS?p=0001GHz

L=2.5mm

-TX

Cur?e2S\Cur<3

47MTEE_ADSSubst=-MSubrMTEEJDS

Sutets-MSubr

TeelW=14808mmTM3

MCURVESgM?N$ubrSvt”N9ub1-W?14808mm

Angle=€0AAgie=60

CuneiW1?14808mmRadius=162(M4mrnW1=1砍8mm

SUbstfbrW2、14808mmW2?14808mmRad?n=W2044nw

W?14808mm

W3=28272nvnW3=28272mmMSut)

Angle=60MT￡EADS

RXius?16204.4mmT?o4MStlB?'

MTEEADS.MSubl

Tee?W1-14808mmMLN..

,,

Sub5t="MSub1W2=14808mmTL4Er=42

W1=14808nimW3=28272<nmSubst=-MSub1-Mur=1

4W2=14808mmW=28272mmCond=t0￡*50

W3夕.8272mmt=25mmHu=1.Oe+O33mm

Subst=-MSubr0

W=28272mmT=OO35mtn

TatO>0

1=2Smm

x._Rough=0mm

I>IT?rm4

|T?m)I$INum=4

Term2|]|z=50Qhm

Num=2

MCURV6

Z?50OhmMCURVE

Cur?6Cure，

CZJSub?t?'MSUb1Sub?t="MSUbr

W?14808mm

?MLWMCURVEW=14808mmW=14808mm

Angle=60

2044""iUtFSubrCur^5L?28272mmAngie=60

Radw16Radys=162044mm

W=14808tnmW=14808mm

1=28272mmAngte=60

Rad?sa162044mrn

圖13.ADS仿真電路圖

ADS生成仿真版圖如圖14：

圖14.ADS仿真版圖

ADS仿真結(jié)果如圖15、16、17、18：

-300

rru

fr?qx2188GHz

d0(S(1.1)產(chǎn)41146

-75-

-80iri*r1i*i

22222

2K)2

**02468468

freqGHZ

freqGHz

圖15.dB(S(l,1))、dB(S(2,1))、dB(S(3,1))、dB(S(4,1))仿真結(jié)果

Q0321

00X-

0.028-

0026-

5=0.024-§a

二

二i0-

w0.022-

S)ss)

")Q020-￥o

￡?8g-20-

E0018-€e

s40-

Q014-

0012-

Q010-

Q006--

2

S

圖16.S(l,l)、S(4,4)頻率響應(yīng)仿真結(jié)果(左邊幅頻特性，右邊相頻特性)

?

(S3

)

S

E

圖17.S(2,l)、S(3,4)頻率響應(yīng)仿真結(jié)果(左邊幅頻特性，右邊相頻特性)

07110

(MEZE

碰

'SToi

ae

EE

07070-

07065-

S3o

freqGHz

圖18.S(3,1)、S(2,4)頻率響應(yīng)仿真結(jié)果(左邊幅頻特性,右邊相頻特性)

圖18.S（4,1）、S（l,4）頻率響應(yīng)仿真結(jié)果（左邊幅頻特性，右邊相頻特性）

由仿真結(jié)果可知，雖然效果沒(méi)之前好，但是可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，

2.解:學(xué)號(hào)末三位為188,中心工作頻率為2.4+0.188=2.588GHz。

一、集總參數(shù)設(shè)計(jì)

歸一化頻率為。尸包（竺—2）=1.599

1

BWco00

查找課本上的圖4.7,可知0.5dB的等波紋在歸一化頻率為1.599處衰減20dB的濾波器階數(shù)應(yīng)為4。

再由課本上的式4.8算出4階切比雪夫?yàn)V波器的元件參數(shù)為：

glg2g3g4g5

1.82591.30362.58650.92021.9841

然后選用電阻輸入型的電路，經(jīng)過(guò)阻抗和頻率變換后的實(shí)際電感電容值為:

Cl（并聯(lián)）L2(百日聯(lián)）C3（并聯(lián)）L4（串聯(lián)）C5(拼F聯(lián)）

Cl(PFLl(nH)C2(pF)L2(nH)C3(pFL3(nH)C4(pF)L4(nH)C5(PF)L5(nH)

))

14.530.26700.149625.9320.580.18850.211918.3115.790.2457

根據(jù)以上參數(shù)，并利用ADS進(jìn)行建模可以得到圖19、20、21：

圖19.ADS仿真電路圖

0-m2m3

0

(

二

s)

pm

m4

-100

freq=2270GHz

dB(S(2,1))=-26274

-30i■—?-r-j?-i—??i~j??—?ip-1-j??-i