射频电路理论与设计课后答案.docx
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射频电路理论与设计课后答案
射频电路理论与设计课后答案
【篇一：
射频电路仿真与设计】
>摘要:
随
着无线通信技术的不断发展，传统的设计方法已经不能满足射频电
路和系统设计的需要，使用射频eda软件工具进行射频电路设计已经成为必然趋势。
目前，射频领域主要的eda工具首推的是agilent公司的ads。
ads是在hpeesof系列eda软件基础上发展完善起来
的大型综合设计软件。
由于其功能强大，仿真手段和方法多样化，基本上能满足现代射频电路设计的需要，已经得到国内射频同行的认可，成为现今射频电路和系统设计研发过程中最常用的辅助设计工具。
关键词：
射频电路设计原理，设计方法与过程，仿真方法，展望未来
引言：
随着通信技术的发展，通信设备所用频率日益提高，射频
（rf）和微波（mw）电路在通信系统中广泛应用，高频电路设计领域得到了工业界的特别关注，新型半导体器件更使得高速数字系统
和高频模拟系统不断扩张。
微波射频识别系统（rfid）的载波频率在915mhz和2450mhz频率范围内；全球定位系统（gps）载波频率
在1227.60mhz和1575.42mhz的频率范围内；个人通信系统中的射频电路工作在
1.9ghz，并且可以集成于体积日益变小的个人通信终端上；在c波
段卫星广播通信系统中包括4ghz的上行通信链路和6ghz的下行通
信链路。
通常这些电路的工作频率都在1ghz以上，并且随着通信技
术的发展，这种趋势会继续下去。
但是，处理这种频率很高的电路，不仅
需要特别的设备和装置，而且需要直流和低频电路中没有用到的理论知识和实际经验，这对射频电路设计提出更高的要求。
正文：
1.射频电路设计原理
频率范围从300khz～30ghz之间，射频电流是一种每秒变化大于10000次的称为高频电流的简称。
具有远距离传输能力的高频电磁波称为射频。
高频电路基本上是由无源元件、有源器件和无源网络
组成的，高频电路中无源线性元件主要是电阻（器）、电容（器）和电感（器）。
在高频条件下，杂散电容和杂散电感对电路的影响很大。
杂散
电感存在于导线连接以及组件本身存在的内部自感。
杂散电容存在
于电路的导体之间以及组件和地之间。
射频电路的设计应该按要求设计其工作频率，使射频电路应具有非常强大的传输调制信号的功
能，即使在有干扰信号和阻断信号的情况下，该系统也可以做到以最高的质量发送并且以最好的灵敏度接收调制信号。
射频电路的设计原理要依照要求设计，克服电路设计中各种信号的干扰，使有用信号信号能够更好地传输。
2.射频电路设计方法与过程
1）高频spice分析和卷积分析：
高频spice分析可以分析线性或非
线性电路的瞬态效应。
在仿真时，高频spice仿真器会将频域分析模型进行拉氏变换后进行瞬态分析，而不用用户将该模型转化为等
效rlc电路。
高频spice除了可以做低频电路顺天分析，也可以分析高频瞬态响应。
卷积分析是框架在spice高频仿真模拟器上的高级时域分析方法，可以更精准地用时域方法分析与频域相关的原件。
2）线性分析：
线性分析是频域电路仿真方法，可以对线性或线性的射频与微波电路做线性分析。
在进行线性分析时，软件首先针对电路中的每个原件进行计算所需要的线性参数，在对真个电路进行分析和仿真。
3）电路包络分析：
电路包络分析包含时域和频域的分析方法，使用
在包含调频信号的电路或通信系统中。
电路包络分析借鉴了spice
与谐波平衡分析两种的优点，将较低频的调频信号用时域spice仿
真方法来分析，而较高频的载波信号用频域的谐波平衡仿真方法进
行分析。
4）射频系统分析：
射频系统分析方法给用户提供了模拟评估系统特
性，其中系统电路模型除了可以使用行为模型外，也可以使用元件
电路模型进行响应验证。
ads辅助设计功能除了上述仿真分析功能外，ads软件其他辅助设
计功能，；哎提高效率和方便性。
ads辅助设计功能简介如下。
1）设计指南：
说明了示范电路的设计流程，用户可以经由这些范例，
利用ads软件高效地设计电路。
2）智能仿真导向：
智能仿真导向提供“step-by-step”的设置界面，
供设计人员进行电路设计与分析，用户可以由图形界面设定所需验证的电路响应。
3）仿真与结果显示模板：
用户可以经常反复的使用设定制定一个模
板，直接使用，避免了重复所需要的时间和步骤。
4）电子笔记本：
电子笔记本可以使用户将所设计的电路域仿真结果加入文字叙述，制成网页式的报告。
电子笔记本制成的报告，无需执行ads如见即可上网浏览。
3.射频电路设计仿真方法
ads集成多种仿真软件的优点，仿真手段丰富，功能强大，很快就
成为了全球内业界流行的eda设计工具。
下面简述ads在射频，模拟电路设计中的仿真功能、。
1）直流仿真：
直流仿真是所有仿真的基础，在执行电路的拓补检查，以及直流电路工作点的扫描和仿真。
2）交流仿真：
交流仿真能获取小信号传输参数，在设计无源电路和小信号有源电路，此仿真器十分有用。
3）s参数仿真：
通过采用s参数分析线性网络，采用谐波平衡法分析非线性网络。
s参数是入射波和反射波建立的一组线性关系，在微
波电路中通常用于分析和描述网络的输入特性。
s参数中的s11和s22反映io端的驻波特性，s21反映电路的幅频，相频特性和群时延特性，s参数反映了电路的隔离特性。
4）谐波平衡仿真：
谐波平衡仿真着眼于信号频域特性，擅长处理对非线性电路的分析。
一般的，不具备简单周期信号的特点，那么谐波平衡仿真不能胜任。
除此还有大信号s参数仿真，增益压缩仿真，电路包络仿真瞬态仿真等。
结论与展望：
随着科技的发展，21世纪是信息技术高度发展的时代，以微电子为基础的电子技术是推动信息技术发展的物质基础。
集成电路是微电
子的核心和主体，是电子信息产业的基础。
近十年来，射频无线移
动通信技术的发展显得尤为迅猛，其中起决定作用之一的技术就是
rfic技术。
随着智能手机及各种移动电子设备的发展，对rfic技术提
出了更高的要求。
射频移动通信技术将朝着高速化、大带宽的方向发展。
近年来，随着电子设备的高度集成化，以3g、4g（lte、
wimax）、5gwifi（802.11ac）为代表的无线通信的快速发展，以及物联网、rfid、m2m、nfc、zigbee、compass（北斗）的广泛应用，同时微波技术的研究向着更高频段──毫米波段、亚毫米波段、太赫兹波段发展。
新应用领域、新技术推动射频微波及无线通信技术全面快速的发展。
在今后的发展中，射频电子电路的设计更趋向于高集
成化及高频化。
射频电子电路的设计会更倾向于太赫兹技术（0.1～10thz）。
射频电路会有更大发展前景和市场。
【篇二：
射频电路设计的常见问题及五大经验总结】
在理论上还有很多不确定性，因此常被形容为一种“黑色艺术”，但这个观点只有部分正确，rf电路板设计也有许多可以遵循的准则和不应该被忽视的法则。
不过，在实际设计时，真正实用的技巧是当这些准则和法则因各种设计约束而无法准确地实施时如何对它们进行折衷处理。
当然，有许多重要的rf设计课题值得讨论，包括阻抗和阻抗匹配、绝缘层材料和层叠板以及波长和驻波等，在全面掌握各类设计原则前提下的仔细规划是一次性成功设计的保证。
rf电路设计的常见问题
1、数字电路模块和模拟电路模块之间的干扰
2、供电电源的噪声干扰
射频电路对于电源噪声相当敏感，尤其是对毛刺电压和其他高频谐波。
微控制器会在每个内部时钟周期内短时间突然吸人大部分电流，这是由于现代微控制器都采用cmos工艺制造。
因此。
假设一个微控制器以lmhz的内部时钟频率运行，它将以此频率从电源提取电流。
如果不采取合适的电源去耦.必将引起电源线上的电压毛刺。
如果这些电压毛刺到达电路rf部分的电源引脚，严重时可能导致工作失效。
3、不合理的地线
4、天线对其他模拟电路部分的辐射干扰
在pcb电路设计中，板上通常还有其他模拟电路。
例如，许多电路上都有模，数转换（adc）或数/模转换器（dac）。
射频发送器的天线发出的高频信号可能会到达adc的模拟淙攵恕r蛭魏蔚缏废呗范伎赡苋缣煜咭谎⒊龌蚪邮誖f信号。
如果adc输入端的处理不合理，rf信号可能在adc输入的esd二极管内自激。
从而引起adc偏差。
在设计rf布局时，必须优先满足以下几个总原则:
（1）尽可能地把高功率rf放大器（hpa）和低噪音放大器（lna）隔离开来，简单地说，就是让高功率rf发射电路远离低功率rf接收电路;
（2）确保pcb板上高功率区至少有一整块地，最好上面没有过孔，当然，铜箔面积越大越好;
（3）电路和电源去耦同样也极为重要;
（4）rf输出通常需要远离rf输入;
（5）敏感的模拟信号应该尽可能远离高速数字信号和rf信;
二、物理分区、电气分区设计分区
可以分解为物理分区和电气分区。
物理分区主要涉及元器件布局、
朝向和屏蔽等问题;电气分区可以继续分解为电源分配、rf走线、敏感电路和信号以及接地等的分区。
1、我们讨论物理分区问题
元器件布局是实现一个优秀rf设计的关键，最有效的技术是首先固
定位于rf路径上的元器件，并调整其朝向以将rf路径的长度减到最
小，使输入远离输出，并尽可能远地分离高功率电路和低功率电路。
最有效的电路板堆叠方法是将主接地面（主地）安排在表层下的第二层，
并尽可能将rf线走在表层上。
将rf路径上的过孔尺寸减到最小不仅
可以减少路径电感，而且还可以减少主地上的虚焊点，并可减少rf
能量泄漏到层叠板内其他区域的机会。
在物理空间上，像多级放大
器这样的线性电路通常足以将多个rf区之间相互隔离开来，但是双
工器、混频器和中频放大器/混频器总是有多个rf/if信号相互干扰，
因此必须小心地将这一影响减到最小。
2、rf与if走线应尽可能走十字交叉，并尽可能在它们之间隔一块地
正确的rf路径对整块pcb板的性能而言非常重要，这也就是为什么
元器件布局通常在手机pcb板设计中占大部分时间的原因。
在手机
pcb板设计上，通常可以将低噪音放大器电路放在pcb板的某一面，
而高功率放大器放在另一面，并最终通过双工器把它们在同一面上
连接到rf端和基带处理器端的天线上。
需要一些技巧来确保直通过
孔不会把rf能量从板的一面传递到另一面，常用的技术是在两面都
使用盲孔。
可以通过将直通过孔安排在pcb板两面都不受rf干扰的
区域来将直通过孔的不利影响减到最小。
有时不太可能在多个电路块之间保证足够的隔离，在这种情况下就
必须考虑采用金属屏蔽罩将射频能量屏蔽在rf区域内，金属屏蔽罩
必须焊在地
上，必须与元器件保持一个适当距离，因此需要占用宝贵的pcb板
空间。
尽可能保证屏蔽罩的完整非常重要，进入金属屏蔽罩的数字
信号线应该尽可能走内层，而且最好走线层的下面一层pcb是地层。
rf信号线可以从金属屏蔽罩底部的小缺口和地缺口处的布线层上走出去，不过缺口处周围要尽可能地多布一些地，不同层上的地可通过多个过孔连在一起。
3、恰当和有效的芯片电源去耦也非常重要
许多集成了线性线路的rf芯片对电源的噪音非常敏感，通常每个芯
片都需要采用高达四个电容和一个隔离电感来确保滤除所有的电源
噪音。
一块集成电路或放大器常常带有一个开漏极输出，因此需要
一个上拉电感来提供一个高阻抗rf负载和一个低阻抗直流电源，同
样的原则也适用于对这一电感端的电源进行去耦。
有些芯片需要多个电源才能工作，因此你可能需要两到三套电容和电感来分别对它们进行去耦处理，电感极少并行靠在一起，因为这将形成一个空芯变压器并相互感应产生干扰信号，因此它们之间的距离至少要相当于其中一个器件的高度，或者成直角排列以将其互感减到最小。
4、电气分区原则大体上与物理分区相同，但还包含一些其它因素手机的某些部分采用不同工作电压，并借助软件对其进行控制，以延长电池工作寿命。
这意味着手机需要运行多种电源，而这给隔离带来了更多的问题。
【篇三：
射频电路设计原理与应用】
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射频电路,原理,连载,应用,设计
随着通信技术的发展，通信设备所用频率日益提高，射频（rf）和微波（mw）电路在通信系统中广泛应用，高频电路设计领域得到了工业界的特别关注，新型半导体器件更使得高速数字系统和高频模
拟系统不断扩张。
微波射频识别系统（rfid）的载波频率在915mhz和2450mhz频率范围内；全球定位系统（gps）载波频率在
1227.60mhz和1575.42mhz的频率范围内；个人通信系统中的射频电路工作在1.9ghz，并且可以集成于体积日益变小的个人通信终端
上；在c波段卫星广播通信系统中包括4ghz的上行通信链路和
6ghz的下行通信链路。
通常这些电路的工作频率都在1ghz以上，
并且随着通信技术的发展，这种趋势会继续下去。
但是，处理这种频率很高的电路，不仅需要特别的设备和装置，而且需要直流和低频电路中没有用到的理论知识和实际经验。
下面的内容主要是结合我从事射频电路设计方向研究4年来的体会，讲述在射频电路设计中必须具备的基础理论知识，以及我个人在研
究和工作中累积的一些实际经验。
作者介绍
chrishao，北京航空航天大学电子信息工程学院学士、博士生；研究方向为通信系统中的射频电路设计；负责或参与的项目包括：
主
动式射频识别系统设计、雷达信号模拟器射频前端电路设计、集成运算放大器芯片设计，兼容型gnss接收机射频前端设计，等。
第1章射频电路概述
本章首先给出了明确的频谱分段以及各段频谱的特点，接着通过一
个典型射频电路系统以及其中的单元举例说明了射频通信系统的主要特点。
第1节频谱及其应用第2节射频电路概述
第2章射频电路理论基础
本章将介绍电容、电阻和电感的高频特性，它们在高频电路中大量
使用，主要用于：
（1）阻抗匹配或转换
（2）抵消寄生元件的影响（扩展带宽）（3）提高频率选择性（谐振、滤波、调谐）（4）移相网络、负载等
第1节品质因数
第2节无源器件特性第3章传输线
工作频率的提高意味着波长的减小，当频率提高到uhf时，相应的波长范围为10-100cm，当频率继续提高时，波长将与电路元件的尺寸相当，电压和电流不再保持空间不变，必须用波的特性来分析它们。
第1
节传输线的基本参数
第2
节终端带负载的传输线分析
（1）
第3
节终端带负载的传输线分析
（2）
第4
章史密斯圆图
为了简化反射系数的计算，p.h.smith开发了以保角映射原理为基础的图解方法。
这种近似方法的优点是有可能在同一个图中简单直
观的显示传输线阻抗以及反射系数。
本小节将对史密斯圆图进行系统的介绍。
第1节史密斯圆图第5章二端口网络
为了有效的减少无源、有源器件的个数，避开电路的复杂性和非线
性效应，简化电路输入、输出特性关系，可以用网络模型来代替基本电路。
第1节二端口网络模型
第2节二端口网络的串联、并联与级联
第3节二端口网络的散射参量
第6章功率、增益、噪声、和非线性
增益、噪声和非线性是描述射频电路最常用的指标。
在射频和微波
系统中，由于反射的普遍存在和理想的短路、开路难以获得，低频电路中常用的电压和电流参数的测量变得十分困难，因此，功率的测量得到了广泛的应用。
第1节功率和增益
第2节噪声和噪声系数第3节电路的非线性第7章射频滤波器
滤波器是一种选择装置，它对输入信号进行加工和处理，从中选出
某些特定的信号作为输出。
电滤波器的任务是对输入信号进行选频加权传输。
第1节引言
第2节滤波器基本原理与分类第3节滤波器的设计方法
第4节集成滤波器产品
第8章功率衰减器、分配器和方向耦合器
本章将分三节介绍三种在射频电路中常用的电路模块：
功率衰减器、
功率分配器和方向耦合器。
第1节功率衰减器第2节功率分配器第3节方向耦合器第1章射频电路概述
本章首先给出了明确的频谱分段以及各段频谱的特点，接着通过一个典型射频电路系统以及其中的单元举例说明了射频通信系统的主要特点。
第1节频谱及其应用
由于很多领域的应用中需要系统工作于一定的频率范围之内，因此
需要对频率进行分段。
近年来对于频谱的分段已经进行了几次，其
中对常用的是电气和电子工程师协会（ieee）建立的，如表1.1所示。
表中可以看出vhf/uhf波段是典型的电视设备工作频段，在这两个波段波长达到了与电子系统的实际尺寸相当的水平，因此，从这个频段开始必须在有关电子线路中考虑电流和电压信号的波的性质。
这里定义频率高于它的所有频段为射频频段，工作射频频段的电路称为射频电路。
射频频段频段的主要应用领域有：
1.卫星通信与卫星电视广播
*双边带广播系统（dbs-directbroadcastsystem）
*c波段：
4/6ghz，下行4ghz，上行6ghz
*ku波段：
12/15ghz，下行12ghz，上行15ghz
*卫星间通信：
36ghz
2.微波中继通信
*干线微波：
2.1ghz，8ghz，11ghz
*支线微波：
6ghz，8ghz，11ghz，36gh
*农村多址（一点多址）：
1.5ghz，2.4ghz，2.6ghz
3.雷达、气象、测距、定位
*雷达远程警戒：
p，l，s，c
*精确制导：
x,，ka
*气象：
1.7ghz，0.1375ghz
*汽车防撞、自动记费：
36ghz，60ghz
*防盗：
9.4ghz
*全球定位：
1227.60mhz和1575.42mhz4.射电天文：
36ghz,94ghz,125ghz
5.计算机无线网：
2.5ghz,5.8ghz,36ghz
第2节射频电路概述
射频电路最主要的应用领域就是无线通信，图1.1为一个典型的无线通信系统的框图，下面以这个系统为例分析射频电路在整个无线
通信系统中的作用。
图1.1典型射频系统方框图
这是一个无线通信收发机（tranceiver）的系统模型，它包含了发
射机电路、接收机电路以及通信天线。
这个收发机可以应用于个人
通信和无线局域网络中。
在这个系统中，数字处理部分主要是对数
字信号进行处理，包括采样、压缩、编码等；然后通过a/d转换器转
换器变成模拟形式进入模拟信号电路单元。
模拟信号电路分为两部
分：
发射部分和接收部分。
发射部分的主要作用是：
数-模转换输出
的低频模拟信
号与本地振荡器提供的高频载波经过混频器上变频成射频调制信号，射频信号经过天线辐射到空间中去。
接收部分的主要作用是：
空间
辐射信号经过天线耦合到接收电路中去，接收到的微弱信号经过低噪声放大器被放大后与本地振荡信号经过混频器下变频为包含中频信号分量的信号。
滤波器的作用就是将有用的中频信号滤出来后输入模-数转换器转换成数字信号，然后进入数字处理部分处理。
下面，将针对图1.1方框图中的低噪声放大器（lna）讨论一般射频电路的组成和特点。
图1.2以triquint公司的tga4506-sm为例，给出了这个放大器的电路板图，注意到输入信号是通过一个经过匹配
滤波网络输入放大模块。
放大模块一般采用晶体管的共射极结构，其输入阻抗必须与位于低噪声放大器前面的滤波器的输出阻抗相匹配，从而保证最佳传输功率和最小反射系数，对于射频电路设计来说，这种匹配是必须的。
此外，低噪声放大器的输出阻抗必须与其后端的混频器输入阻抗相匹配，同样能保证放大器输出的信号能完全、无反射的输入到混频器中去。
这些匹配网络是由微带线组成，在有些时候也可能由独立的无源器件组成，但是它们在高频情况下的电特性与在低频的情况下完全不同。
图上还可以看出微带线实际上是一定长度和宽度的敷铜带，与微带线连接的是片状电阻、电容和电感。
图1.2tga4506-sm电路版图
图1.3用于个人通信终端的低噪声放大器电路板图
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