射频电路-实验指导书

阻带衰减量(Min. Attenuation at stopband frequency): Ax = 20dB
步骤二：计算元件级数(Order of elements,N)
。
,N取最接近的整数. N=5
步骤三：计算原型元件值(Prototype Element Values,gk)。
g1
g2
g3
g4
g5
2.2072
1.1279
3.1025
1.1279
2.2072
步骤四：选择[并C串L型]。
C1
C2
C3
C4
C5
理论值
93.658pF
119.67nH
131.65pF
119.67nH93.65来自pF采用值94pF
120nF
132pF
120nH
94 pF
实验二：放大器设计（Amplifier Design）
步骤二：计算元件级数(Order of elements,N).
，其中
N取最接近的奇整数。
采用奇整数是为了避免[切比雪夫低通原型]在偶数级时，其输入与输出阻抗不相等。
步骤三：计算原型元件值(Prototype Element Values,gk)。
其中
步骤四：先选择[串L并C型]或[并C串L型]，再依据公式计算实际电感电容值。
K > 1 ， |S11| < 1 且 |S22| < 1
其中K称为稳定因子（stability factor）
（2）条件稳定（Conditionally stable）
当[有源器件]不符合上述[无条件稳定]的三大规定时，即称为[条件稳定]。在此情况下，则在输入端平面及输出端平面，必存一些[不稳定区域]，如图7-2（b）所示。而在设计[输出入匹配电路]时，务必避免使用这些区域，以免造成放大器电路自激。
一、实验目的：
1.了解[射频放大器]的基本原理与设计方法。
2.利用实验模组实际测量以了解[放大器]的特性。
二、实验设备：
项次
设备名称
数量
备注
1
MOTECH RF2000测量仪
1套
2
[放大器]模组
1组
RF2KM7-1A，（mod-7A）（mod-7B）
3
示波器
1台
4
50ΩBNC及1MΩBNC连接线
4条
（一）单边放大器设计（Unilateral Amplifier Design）
所谓[单边设计]即是忽略[有源器件]S参数中的S12，即是S12=0。此时可得
ΓIN= S11及ΓOUT= S22
则放大器之[单边转换增益](Unilateral Transducer Gain,GTU)为
其中
假若电路又符合下列匹配条件
其中
fc是-3dB截止频率（3dBcutoff frequency）
fx是截止频率（stopband frequency）
BWp是通带频宽（passband bandwidth）
BWx是截止频宽（stopband bandwidth）
Tn()为[柴比雪夫]多项式(Tchebyshey polynom als)
CA-1、CA-2、CA-3、CA-4
5
直流电源连接线
1条
DC-1
三、实验理论分析：
一个射频晶体放大顺电路可分为三大部分：[二端口有源电路]、[输入匹配电路]及[输出匹配电路]，如图7-1所示。一般而言，[二端口有源电路]采用共射极（或共源极）三极管（BJT、FET）电路，除有源器件外，还包括直流偏压电路。而[输入匹配电路]及[输出匹配电路]大多采用[无源电路]，即是利用电容、电感或传输线来设计电路。一般放大器电路，依信号输入功率不同可以[小信号放大器]、[低噪声放大器]及[功率放大器]三类。而[小信号放大器]依增益规格及设计参量，可分成[最大增益]及[固定增益]两类。而就S参数设计参量则可有[单边设计]及[双边设计]两种。本单元仅就[小信号放大器]来说明射频放大器之基本理论及设计方法。
其计算公式如下：
最大增益误差比则为
其中GT是[有源元件]的[转换增益](Transducer Gain)
（四）放大器的稳定条件（Stability Criteria）
（1）无条件稳定Unconditionally stable）
一个良好的放大器设计电路除考虑增益和输出入匹配外，沿须考虑放大器在工件频段中是否为[无条件稳定]，以避免电路产生振荡。对于一放大器电路而言，其[有源器件]在ΓS=0及ΓL=0情况下，[无条件稳定]之充要条件为
图6-1(a)N=5[并C串L型]低通滤波器电路原型
图6-1(c) N=5 [串L并C型]带通滤波器电路原型
图6-1(d) N=5 [并C串L型]带通滤波器电路原型
四。、设计实例：
（一）设计一个衰减为3dB，截止频率为75MHz的[切比雪夫型1dB纹波]LC低通滤波器（Zo=50ohm），并且要求该滤波器在100MHz至少有20dB的衰减。
上截止频率(upper stopband edge frequency): fXU(Hz)
下截止频率(lower stopband edge frequency): fXL(Hz)
通带衰减量(Maximum Attenuation at passband): AP(dB)
阻带衰减量(Minimum Attenuation at stopband): AX(dB)
阻带衰减量
步骤二：计算元件级数(Order of elements,N).
,N取最接近的整数
步骤三：计算原型元件值（Prototype Element Values，gK）。
步骤四：先选择[串L并C型]或[并C串L型]，再依据公式计算实际电感电容值。
（a）[串L并C型]
（b）[并C串L型]
（B）[切比雪夫I型](Tchebyshev Type-I Lowpass Filter)
步骤一：决定规格。
电路阻抗(Impedance): Zo(ohm)
截止频率(Cutoff Frequency): fc(Hz)
阻带频率(Stopband Frequency): fx(Hz)
通带纹波量(Maximum Ripple at passband): rp(dB)
阻带衰减量(Minimum Attenuation at stopband): Ax(dB)
本实验以较常用的[巴特渥兹型](Butter-worth)、[切比雪夫I型] (Tchebeshev Type-I)为例，说明其设计方法。
首先了解[Butter-worth]及[Tchebeshev Type-I]低通滤波器的响应图。
(a)[Butterowrth]
(b)[Tchebyshev Type]
其对应[无条件稳定]的条件为
||cS| - rS| > 1，|S11|< 1 且 ||cL| - rL| > 1，|S22|< 1
而[条件稳定]则是
||cS| - rS| < 1，|S11|< 1 或 ||cL| - rL| < 1，|S22|< 1
（A）[输出稳定圈]（Load Stability Circle）：
（二）[低通滤波器]设计方法：
（A）[巴特渥兹型]（Butterworth Lowpass Filter）
步骤一：决定规格。
电路阻抗（Impedance）：Z0（ohm）
截止频率(Cutoff Frequency)：fc(Hz)
截通频率(Stopband Frequency)：fc(Hz)
通带衰减量
其中
，
图6-1(a)(b)即是[三级巴特渥兹型]B（3，ω）与三种不同纹波和级数的[切比雪夫型]的截通比响应的比较图。理论上，在通带内[巴特渥兹型]是无衰减的（Maximun flat），而[切比雪夫型]较同级数的[巴特渥兹型]有较大的衰减量。实际应用上，除非在通带内要求必须是平坦响应（flat response）外，大多允许通带少量的衰减而采用[切比雪夫型]以获得较大的截通效应或减少元件级数。
步骤二：计算元件级数(Order of elements,N)。
其中
（1）[巴特渥兹型](Butter-worth)
，N取最接近的整数.
（2）[切比雪夫I型] (Tchebeshev Type)
，N取最接近的奇整数
步骤三：计算[低通原型]元件值（Prototype Element Values,gk），其公式如前所示。并选择[串L并C型]或[并C串L型]，计算出实际电容（Cp）、（Ls）值。
实验一：滤波器（Filter）
一、实验目的：
1.了解基本[低通]及[带通]滤波器之设计方法。
2.利用实验模组实际测量以了解[滤波器]的特性。
二、实验设备：
项次
设备名称
数量
备注
1
MOTECH RF2000测量仪
1套
2
[低通滤波器]模组
1组
RF2KM6-1A，（mod-6A）
3
[带通滤波器]模组
1组
RF2KM6-1A，（mod-6B）
其中
rp(dB)是[通带纹波](passband ripple),
N为元件级数数（order of element for lowpass prototype）
ω为截通比（stopband-to-passband ratio），
ω= fc / fx (for lowpass)
= B Wp / BWx (for bandpass)
（a）[串L并C型]
（b）[并C串L型]
步骤四：计算[带通原型]元件变换值。
由[低通原型]实际元件值依据下列变换对照表计算出[带通原型]实际元件值，并用[带通原型]变换电器取代[低通原型]电路元件，以完成带通电路结构。