射频电路设计PPT课件
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射频电路原理ppt课件
射频振荡器（或本地振荡器，RFVCO）： 中频滤波器:在电路中只允许中频信号通过，主要用来
防止邻近信道的干扰，提高邻近信道的选择性。
射频收发信机（U602）
2）、发射机（Transmitter）：提供射频信号的上行链路， 将IQ基带信号调制成发射射频信号。
包含2个发射压控振荡器（TXVCO）、缓冲放大器、下变 频混频器、正交调制器、带Charge Pump和环路滤波器的 鉴相器（PD），另一路分频器和环路滤波器用于正交调制 器与下变频混频器完成产生合适的TX调制中频。
双工滤波器（U601）
器件引脚排列及名称：
表1：器件引脚排列及名称
双工滤波器（U601）
表2：双工滤波器的开关控制模式
双工滤波器（U601）
图3：双工滤波器相关电路
声表面滤波器
3、声表面滤波器（Z600、Z602、Z603）： 是一个带通滤波器，只允许接收频段的射频信号进入接收
机电路，其它频段的信号将会得到抑制。
射频收发信机（U602）
MT6129系列采用非常低中频结构（与零中频相比，能够改 善阻塞抑制、AM抑制、邻道选择性，不需DC偏移校正，对 SAW FILTER共模平衡的要求降低），采用镜像抑制（35dB 抑制比）混频滤波下变频到IF，第1中频频率为：GSM 200KHZ，DCS/PCS 100KHZ。第1IF信号通过镜像抑制滤 波器和PGA（每步2dB共78dB动态范围）进行滤波放大，经 第2混频器下变频到基带IQ信号，频率为67.708KHz。
射频收发信机（U602）
在GSM 系统中，有一个公共的广播控制信道(BCCH)， 它包含频率校正信息与同步信息等。手机一开机，就会在 逻辑电路的控制下扫描这个信道，从中获取同步与频率校 正信息，如手机系统检测到手机的时钟与系统不同步，手 机逻辑电路就会输出AFC 信号。AFC 信号改变 13MHz/26MHz 电路中VCO 两端的反偏压，从而使该 VCO 电路的输出频率发生变化，进而保证手机与系统同 步。
防止邻近信道的干扰，提高邻近信道的选择性。
射频收发信机（U602）
2）、发射机（Transmitter）：提供射频信号的上行链路， 将IQ基带信号调制成发射射频信号。
包含2个发射压控振荡器（TXVCO）、缓冲放大器、下变 频混频器、正交调制器、带Charge Pump和环路滤波器的 鉴相器（PD），另一路分频器和环路滤波器用于正交调制 器与下变频混频器完成产生合适的TX调制中频。
双工滤波器（U601）
器件引脚排列及名称：
表1：器件引脚排列及名称
双工滤波器（U601）
表2：双工滤波器的开关控制模式
双工滤波器（U601）
图3：双工滤波器相关电路
声表面滤波器
3、声表面滤波器（Z600、Z602、Z603）： 是一个带通滤波器，只允许接收频段的射频信号进入接收
机电路，其它频段的信号将会得到抑制。
射频收发信机（U602）
MT6129系列采用非常低中频结构（与零中频相比，能够改 善阻塞抑制、AM抑制、邻道选择性，不需DC偏移校正，对 SAW FILTER共模平衡的要求降低），采用镜像抑制（35dB 抑制比）混频滤波下变频到IF，第1中频频率为：GSM 200KHZ，DCS/PCS 100KHZ。第1IF信号通过镜像抑制滤 波器和PGA（每步2dB共78dB动态范围）进行滤波放大，经 第2混频器下变频到基带IQ信号，频率为67.708KHz。
射频收发信机（U602）
在GSM 系统中，有一个公共的广播控制信道(BCCH)， 它包含频率校正信息与同步信息等。手机一开机，就会在 逻辑电路的控制下扫描这个信道，从中获取同步与频率校 正信息，如手机系统检测到手机的时钟与系统不同步，手 机逻辑电路就会输出AFC 信号。AFC 信号改变 13MHz/26MHz 电路中VCO 两端的反偏压，从而使该 VCO 电路的输出频率发生变化，进而保证手机与系统同 步。
射频电路理论与设计第2版ppt第8章课件
《射频电路理论与设计（第2版）》
《射频电路理论与设计（第2版）》
《射频电路理论与设计（第2版）》
8.1.4 放大器稳定措施
当放大器不是绝对稳定，则有时信源和负载选择 的ΓS和ΓL会造成|Γin|>1或|Γout|>1，使放大器处于非稳定 状态，此时应当采取措施使放大器进入稳定状态。 |Γin|>1和|Γout|>1用输入阻抗表达，为
《射频电路理论与设计（第2版）》
《射频电路理论与设计（第2版）》
本书有配套的仿真教材 《ADS射频电路设计基础与 典型应用（第2版）》。
2本书在多个章节都有 互动。《射频电路理论与设 计（第2版）》注重理论设计， 而《ADS射频电路设计基础 与典型应用（第2版）》注重 仿真设计。
《射频电路理论与设计（第2版）》
② 若输出稳定判别圆不包含史密斯圆图中心点 （如图8.2（d）所示），ΓL的稳定区域在输出稳定判 别圆内。ΓL的稳定区域是史密斯圆图单位圆内输出 稳定判别圆内的区域，是图8.2（d）中的阴影区。
《射频电路理论与设计（第2版）》
2. 输入稳定判别圆
《射频电路理论与设计（第2版）》
（1）若|S22|<1，则史密斯圆图中心 点在稳定区域内。分两种情况。 （2）若(|S22|>1，则史密斯圆图中心 点在稳定区域外。分两种情况。
由于晶体管输入端加电阻会增加输入损耗，进而 转化为输出端较大的噪声指数，因此一般不在输入端加 电阻，而采用在输出端加电阻来达到晶体管稳定的目的。
《射频电路理论与设计（第2版）》
《射频电路理论与设计（第2版）》
8.2 放大器的增益
对输入信号进行放大是放大器最重要的任务，因 此在放大器的设计中，增益的概念很重要。
射频微波电路导论课件
滤波器设计
滤波器的作用
滤波器用于选择特定频率范围的 信号，抑制不需要的频率成分，
从而提高信号的纯度。
滤波器的设计方法
可以采用LC电路、微带线等方法进 行滤波器的设计，通过调整元件的 值和连接方式来实现不同的滤波特 性。
滤波器的应用场景
在射频微波电路中，滤波器广泛应 用于信号处理、通信系统等领域。
天线设计
THANKS
感谢观看
物联网技术将促进射频微波电路与其他技术的 结合，如传感器技术、云计算技术等，为射频 微波电路的创新发展提供更多可能性。
新材料的应用前景
新材料的出现将为射频微波电 路的设计和制造提供更多的选 择和可能性。
新材料具有优异的物理性能和 化学性能，可以提高射频微波 电路的性能和稳定性。
新材料的应用将推动射频微波 电路向绿色环保、可持续发展 方向迈进，降低对环境的负面 影响。
04
射频微波电路的设计与实现
匹配网络设计
匹配网络的作用
匹配网络的应用场景
匹配网络是用于实现射频微波电路中 各个元件之间的阻抗匹配，确保信号 传输的效率和质量。
在射频微波电路中，如放大器、滤波 器、混频器等元件都需要用到匹配网 络，以确保信号的顺畅传输。
匹配网络的设计方法
可以采用传输线理论、Smith Chart 等方法进行匹配网络的设计，通过调 整元件的阻抗值来实现匹配。
01
03
滤波器在射频微波电路中的设计和制作需考虑其频率 响应特性、插入损耗和群时延等因素，以确保电路性
能的稳定性和可靠性。
04
滤波器的种类繁多，常见的有LC滤波器、微带线滤波 器和介质滤波器等，根据不同的应用需求选择合适的 滤波器类型和规格。
03
RF(射频)电路理论与设计精品PPT课件
12阻和幅、抗相的传，位变播用变化常化；Z数in的相表 参移示是数常。描。数输述衰入传减阻表输常抗示线数是单上是位入周长表射期度示波性行单和函波位反数相长射，位度波周的行的期变波衰为化减振。 2
13、无耗传输线上通过任意点的传输功率等于该点的入 射波功率与反射波功率之差。
14、TEM传输线（即传输TEM波的传输线）无色散。色 散是指电磁波的传播速度与频率有关。TEM传输线上 电磁波的传播速度与频率无关。
2
2
其中
是由终端算起的坐标 I (z' ) V2 I2Z0 e jz' V2 I2Z0 e jz'
2Z0
2Z0
z' l z, z'
在已知传输线始端电压 和始端电流 的前提下：
V (z) V1 I1Z0 e jz V1 I1Z0 e jz
2
2
5、反射系数
I (z) V1 I1Z0 e jz V1 I1Z0 e jz
ZC
ABCD
YA
1 YB
YC
YB
YAYB YC
1
1
YC YA
YC
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
析。
4、互易网T络仅适用于含有线性双向阻抗的无源网络，满
足该条件的无源网络可含有电阻、电容、电感或变压器 等线性无源器件。由铁氧体各项异性媒质构成的元件及 有源电路不是互易网络。对称网络是互易网络的一个特 例。对称网络中电子元件的大小及尺寸位置对称分布。 对称网络首先是互易网络。
13、无耗传输线上通过任意点的传输功率等于该点的入 射波功率与反射波功率之差。
14、TEM传输线（即传输TEM波的传输线）无色散。色 散是指电磁波的传播速度与频率有关。TEM传输线上 电磁波的传播速度与频率无关。
2
2
其中
是由终端算起的坐标 I (z' ) V2 I2Z0 e jz' V2 I2Z0 e jz'
2Z0
2Z0
z' l z, z'
在已知传输线始端电压 和始端电流 的前提下：
V (z) V1 I1Z0 e jz V1 I1Z0 e jz
2
2
5、反射系数
I (z) V1 I1Z0 e jz V1 I1Z0 e jz
ZC
ABCD
YA
1 YB
YC
YB
YAYB YC
1
1
YC YA
YC
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
析。
4、互易网T络仅适用于含有线性双向阻抗的无源网络，满
足该条件的无源网络可含有电阻、电容、电感或变压器 等线性无源器件。由铁氧体各项异性媒质构成的元件及 有源电路不是互易网络。对称网络是互易网络的一个特 例。对称网络中电子元件的大小及尺寸位置对称分布。 对称网络首先是互易网络。
《射频电路与天线》课件
电容元件
定义
电容元件是一种能够存储电场能 量的元件，其基本结构是两个平
行板导体之间的绝缘介质。
工作原理
当电压施加在电容元件上时，会在 电介质中产生电场，使得两极板之 间产生电荷吸引力。
特性
电容元件具有容抗，其值与电容量 和频率成反比。在射频电路中，电 容元件常用于滤波、耦合和匹配等 应用。
电阻元件
天线的工作原理
总结词
天线的工作原理
VS
详细描述
天线的工作原理基于电磁波的传播和辐射 。当天线受到电磁波激励时，会在其周围 产生电磁场，形成电磁波的辐射和传播。 天线的形状、尺寸和材料等因素决定了其 辐射特性和方向性。常见的天线形式包括 偶极子天线、单极子天线、抛物面天线等 ，它们各有不同的工作原理和应用场景。
能将得到进一步提升，为无线通信技术的发展提供有力支持。
02 射频电路的基本元件
电感元件
定义
电感元件是一种能够存储磁场能量的 元件，其基本结构是一个导线绕组。
工作原理
特性
电感元件具有感抗，其值与电感量成 正比，与频率成反比。在射频电路中 ，电感元件常用于滤波、耦合和调谐 等应用。
当电流在电感元件中流动时，会产生 一个与电流变化方向相反的感应电动 势，阻碍电流的变化。
《射频电路与天线》PPT课件
contents
目录
• 射频电路概述 • 射频电路的基本元件 • 天线基础 • 常见天线类型与应用 • 天线阵列与馈电网络 • 射频电路与天线的未来发展
01 射频电路概述
定义与特点
总结词
射频电路是无线通信系统中的关键组成部分，具有频率高、频带宽、信号传输损耗低等特点。
要点二
详细描述
在进行馈电网络设计与实现时，需要综合考虑信号传输效 率、功率分配均匀性、相位一致性等因素。通过对传输线 型式、功率分配器和相位调整器等进行合理选择和设计， 可以确保馈电网络的性能满足天线阵列的工作需求。同时 ，还需要考虑馈电网络的可靠性、可维护性和成本等因素 ，以满足实际应用的需求。
《射频电路设计一》课件
设计匹配网络
为确保信号传输效率，设计合适的信号源和负载 匹配网络。
3
设计滤波器、功分器等辅助电路
根据系统需求，设计相应的滤波器、功分器等辅 助电路。
电路版图绘制与仿真验证
使用专业软件绘制电路版图
使用专业软件，如Cadence、Mentor Graphics等，绘制射频电路 的版图。
进行电磁仿真验证
《射频电路设计一 》ppt课件
目 录
• 射频电路概述 • 射频电路的基本元件 • 射频电路的分析方法 • 射频电路的设计流程 • 射频电路的调试与优化 • 案例分析
01
射频电路概述
定义与特点
定义
射频电路是指工作在射频频段的 电子电路，通常用于无线通信、 雷达、导航等领域。
特点
射频电路具有高频率、高带宽、 高灵敏度等特点，能够实现高速 、远距离的无线信号传输。
具有通直流阻交流的特性，常用于滤波、 振荡、延迟等电路中。
种类
包括空心电感、磁芯电感、变压器等。
应用
在射频电路中，电感常用于调谐、匹配、 滤波等电路中。
电阻
定义
导体对电流的阻碍作用称为电阻，是一个物理量，符号为R。
特性
具有消耗电能的作用，常用于限流、分压等电路中。
种类
包括碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻等。
传输线近似分析法
总结词
传输线近似分析法适用于分析传输线和微波网络，通过将电路简化为传输线模型 ，便于理解和计算。
详细描述
传输线近似分析法主要应用于传输线和微波网络的射频电路设计。该方法将电路 简化为传输线模型，通过求解传输线和微波网络的参数来分析电路性能。该方法 计算简便，精度较高，适用于对信号传输特性要求较高的场合。
为确保信号传输效率，设计合适的信号源和负载 匹配网络。
3
设计滤波器、功分器等辅助电路
根据系统需求，设计相应的滤波器、功分器等辅 助电路。
电路版图绘制与仿真验证
使用专业软件绘制电路版图
使用专业软件，如Cadence、Mentor Graphics等，绘制射频电路 的版图。
进行电磁仿真验证
《射频电路设计一 》ppt课件
目 录
• 射频电路概述 • 射频电路的基本元件 • 射频电路的分析方法 • 射频电路的设计流程 • 射频电路的调试与优化 • 案例分析
01
射频电路概述
定义与特点
定义
射频电路是指工作在射频频段的 电子电路，通常用于无线通信、 雷达、导航等领域。
特点
射频电路具有高频率、高带宽、 高灵敏度等特点，能够实现高速 、远距离的无线信号传输。
具有通直流阻交流的特性，常用于滤波、 振荡、延迟等电路中。
种类
包括空心电感、磁芯电感、变压器等。
应用
在射频电路中，电感常用于调谐、匹配、 滤波等电路中。
电阻
定义
导体对电流的阻碍作用称为电阻，是一个物理量，符号为R。
特性
具有消耗电能的作用，常用于限流、分压等电路中。
种类
包括碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻等。
传输线近似分析法
总结词
传输线近似分析法适用于分析传输线和微波网络，通过将电路简化为传输线模型 ，便于理解和计算。
详细描述
传输线近似分析法主要应用于传输线和微波网络的射频电路设计。该方法将电路 简化为传输线模型，通过求解传输线和微波网络的参数来分析电路性能。该方法 计算简便，精度较高，适用于对信号传输特性要求较高的场合。
射频电路设计理论与应用课件
射频电路设计理论与应用课 件
目录
• 射频电路设计概述 • 射频电路设计基础理论 • 射频电路核心组件设计 • 射频电路应用技术 • 射频电路设计案例分析与实践
01
射频电路设计概述
射频电路的定义与应用领域
定义
射频电路是指工作在射频频段的 电路，通常包括无线收发系统、 微波电路、射频放大器、混频器 等。
应用领域
射频电路广泛应用于通信、雷达 、电子对抗、医疗电子、测量仪 器等领域。
射频电路设计的挑战与重要性
挑战
射频电路设计面临诸多挑战，如频率高、波长短、信号幅度 小、易受干扰等。此外，还需要考虑电路的稳定性、线性度 、效率等因素。
重要性
随着无线通信技术的飞速发展，射频电路作为无线通信系统 的核心组成部分，其性能直接影响到整个系统的传输质量、 可靠性以及功耗等方面。因此，研究射频电路设计理论与应 用具有重要意义。
4. 设计收发机控制电路，实 现自动增益控制、频率合成、
校准等功能。
5. 制作并调试收发机系统硬 件，编写并烧录相关控制软件
。
6. 对收发机系统进行综合测 试与性能评估，确保满足设计
要求。
THANKS
感谢观看
射频电路在雷达系统中的应用
发射链路
射频电路在雷达系统的发射链路中起 到关键作用。它负责产生高频大功率 信号，并通过天线辐射出去，用于探 测目标。
接收链路
射频电路在雷达接收链路中用于接收 反射回来的微弱信号。它需要具备高 灵敏度和低噪声性能，以确保准确的 目标探测和距离测量。
射频电路在微波工程中的应用
03
射频电路核心组件设计
滤波器设计
频率选择
滤波器类型
滤波器是射频电路中用于频率选择的核心 组件，能够实现对特定频率信号的通过或 抑制。
目录
• 射频电路设计概述 • 射频电路设计基础理论 • 射频电路核心组件设计 • 射频电路应用技术 • 射频电路设计案例分析与实践
01
射频电路设计概述
射频电路的定义与应用领域
定义
射频电路是指工作在射频频段的 电路，通常包括无线收发系统、 微波电路、射频放大器、混频器 等。
应用领域
射频电路广泛应用于通信、雷达 、电子对抗、医疗电子、测量仪 器等领域。
射频电路设计的挑战与重要性
挑战
射频电路设计面临诸多挑战，如频率高、波长短、信号幅度 小、易受干扰等。此外，还需要考虑电路的稳定性、线性度 、效率等因素。
重要性
随着无线通信技术的飞速发展，射频电路作为无线通信系统 的核心组成部分，其性能直接影响到整个系统的传输质量、 可靠性以及功耗等方面。因此，研究射频电路设计理论与应 用具有重要意义。
4. 设计收发机控制电路，实 现自动增益控制、频率合成、
校准等功能。
5. 制作并调试收发机系统硬 件，编写并烧录相关控制软件
。
6. 对收发机系统进行综合测 试与性能评估，确保满足设计
要求。
THANKS
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射频电路在雷达系统中的应用
发射链路
射频电路在雷达系统的发射链路中起 到关键作用。它负责产生高频大功率 信号，并通过天线辐射出去，用于探 测目标。
接收链路
射频电路在雷达接收链路中用于接收 反射回来的微弱信号。它需要具备高 灵敏度和低噪声性能，以确保准确的 目标探测和距离测量。
射频电路在微波工程中的应用
03
射频电路核心组件设计
滤波器设计
频率选择
滤波器类型
滤波器是射频电路中用于频率选择的核心 组件，能够实现对特定频率信号的通过或 抑制。
射频电路基础知识PPT课件
号电压(或电流)之比定义为电压(或电流)反射系数Γz,该参数由传输 线阻抗(Z0)和输入端口(Zi)阻抗决定:
Γz=(Zi-Z0)/(Zi+Z0) ▪ 驻波比(VSWR):传输线上波腹点电压振幅与波节点电压振幅之比
为电压驻波比,或称为驻波系数ρ.
ρ =|U|MAX/|U|MIN=(1+ |Γz|)/(1-| Γz|)
A=10x(log10(B/1mW)=10x(log10B)+30
(其中A为对数功率,B为线性功率)
1. 线性功率为1W时, 对数功率为30dBm 2. 线性功率为1uW时,对数功率为-30dBm
▪ dBm为绝对功率,dB用来计算相对功率,主要用来计算
功率的改变量,如增益和损耗的单位.
2.4 不连续端口的功率分布(a)
落后,其抗干扰能力较弱,点用带宽较多,但系统较为简单,主要用 于较早开发的系统中,如:电视(当前制式),音频广播(收音机),第一 代的手机通信系统等.
2. 数字RF通信系统,由于其有较多优点,已经广泛使用于多种通信
系统中,如Wireless LAN,GSM手机,蓝牙系统,卫星通信系统等.
1.4 射频电路应用和分类(d)
噪声系数(Noise Figure):放大器输出信号的信噪比(信号与噪声的比值)与输入信号信噪比的差值.
5 RF功率放大器(b)
1dB压缩点:由于放大器本身特性和工作环境,随着功率放大器输入功率增加到一定范围,放大器增益开始减小,当增益减小1dB时,此时的输
入功率称为1dB压缩点.
2.1 射频(RF)电路的定义
可让多个使用者同时复用一个频段.
0
3. RF功率定义和计算 衰减器另一重要的参数为输入信号功率,由于RF信号功率绝大多数都会转化为热功率,因此较大功率的衰减器都会有散热片,并且功率越
Γz=(Zi-Z0)/(Zi+Z0) ▪ 驻波比(VSWR):传输线上波腹点电压振幅与波节点电压振幅之比
为电压驻波比,或称为驻波系数ρ.
ρ =|U|MAX/|U|MIN=(1+ |Γz|)/(1-| Γz|)
A=10x(log10(B/1mW)=10x(log10B)+30
(其中A为对数功率,B为线性功率)
1. 线性功率为1W时, 对数功率为30dBm 2. 线性功率为1uW时,对数功率为-30dBm
▪ dBm为绝对功率,dB用来计算相对功率,主要用来计算
功率的改变量,如增益和损耗的单位.
2.4 不连续端口的功率分布(a)
落后,其抗干扰能力较弱,点用带宽较多,但系统较为简单,主要用 于较早开发的系统中,如:电视(当前制式),音频广播(收音机),第一 代的手机通信系统等.
2. 数字RF通信系统,由于其有较多优点,已经广泛使用于多种通信
系统中,如Wireless LAN,GSM手机,蓝牙系统,卫星通信系统等.
1.4 射频电路应用和分类(d)
噪声系数(Noise Figure):放大器输出信号的信噪比(信号与噪声的比值)与输入信号信噪比的差值.
5 RF功率放大器(b)
1dB压缩点:由于放大器本身特性和工作环境,随着功率放大器输入功率增加到一定范围,放大器增益开始减小,当增益减小1dB时,此时的输
入功率称为1dB压缩点.
2.1 射频(RF)电路的定义
可让多个使用者同时复用一个频段.
0
3. RF功率定义和计算 衰减器另一重要的参数为输入信号功率,由于RF信号功率绝大多数都会转化为热功率,因此较大功率的衰减器都会有散热片,并且功率越
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5
一般射频系统方框图 天线
语音 信号 经过 抽样 数 量化 字 编码 电 处理 路 或计 算机 信号
DAC
混频器
切换开关
PA
数-模变换器
发射功率放大器
OSC
本地振荡器
ADC
LPF
PA
将信号 以电磁 波的形 式向自 由空间 发射。
低通滤波器
模-数变换器
接收功率放大器
混合信号电路
模拟信号电路
6
移动电话2GHz功率放大器第一级简化电路
在波的传播方向上，单位距离空间相位kz的变化称为相位
常数（传播常数）： k 空间相位kz变化2π所经过的距离称为波长：2/
正弦波的等相位面传播的速度称为相速度。
t z 常故 数 d t， d z 0
∴TEM波相速：
vpd d zt f 1
c
rr
m/s
（1.3）
横电磁模: Transverse electromagnetic mode
1.1 射频设计的重要性
本书的主要目的是提供模拟电路设计的理论和实例，该电 路的工作频率可延伸到射频和微波波段，在该波段普通电路的 分析方法是不适用的，由此引出以下问题：
➢ 普通电路分析方法适用的上限频率是多少？ ➢ 什么特性使得电子元件的高频性能和低频性能有如此大的差
别？ ➢ 被应用的“新”电路理论是什么？ ➢ 这些理论是如何应用于高频模拟电路实际设计的？
f 1 cm
12
1.3 频谱 电气和电子工程师学会(IEEE) 频谱
频段
频率
波长
频段
频率
波长
ELF(极低频) 30~300Hz 10000~1000km P 波段
0.23~1GHz 130~30cm
VF(音频)
300~3000Hz 1000~100km L 波段
1~2GHz
30~15cm
VLF(甚低频) 3~30kHz
射频电路设计
——理论与应用
2008年8月
1
近年来由于通信技术及计算机技术的迅猛发展， 工作频率日益提高，射频和微波电路得到广泛应用。
目前大多数教材都是面向两种不同的读者： 1. 具有坚实理论基础的研究生常常通过电磁场处 理方法进入这个领域。该方法确实涵盖了波导和传输 线方面的知识，但却远未触及高频放大器、振荡器及 混频器设计方面的重要内容。 2. 对数学和物理的严格性不太感兴趣的工程技术 人员则更喜欢采用电路理论来处理问题。该方法不涉 及或表面涉及到电压、电流的波动性质，而波的反射 和传输特性是影响射频电路特性的重要因素。
• 第8章将深入研究“匹配网络和偏置网络”的实现。 • 第9章介绍“射频晶体管放大器设计”中有关增益、线性度、
噪声和稳定度等指标。 • 第10章讨论“振荡器和混频器”设计的基本原理。
9
1.2 量纲和单位
为了理解频率上限，在自由空间，向正 z 方向传播的平面
电磁波为：Ex E0xcostz V/m Hy H0ycostzA/m
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目录
1、 引言 2、 传输线分析 3、 Smith圆图 4、 单端口网络和多端口网络 5、 射频滤波器设计 6、 有源射频元件 7、 有源射频电路器件模型 8、 匹配网络和偏置网络 9、 射频晶体管放大器设计 10、振荡器和混频器
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第1章 引 言
回顾由低频到高频电路的演变过程，并从物理的角度引出 和揭示采用新技术去设计、优化此类电路的必要性。
2
本教材不采用电磁场理论也能讲清楚传输 线原理。这样除了有物理课程中场和波方面的 知识外，具备基本电路理论及微电子学方面的 知识即可。
本书主要分析低频电路和元件当工作频率 升高到射频波段（30MHz~4GHz）时所遇到的 困难和解决办法，并重点讨论横电磁波（电场 与磁场传播方向正交）的传输特性及用微带线 （由特定长度和宽度的敷铜带）制成的各种射 频器件的原理和方法。
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例1.1 计算 f = 30MHz，300MHz，30GHz 在自由空间电磁波的 波阻抗、相速和波长。
解：自由空间的相对磁导率和介电常数等于1
波阻抗： Z0 0 0 84 .8 51 1 0 0 712377
相
速：
vp
1
1
00
318 0m/s
波
长： 22vp vp
10 m 1m
100~10km
S 波段
2~4GHz
15~7.5cm
LF(低频)
30~300kHz 10~1km
C 波段
4~8GHz
7.5~3.75cm
MF(中频) 300~3000kHz 1~0.1km
X 波段
8~12.5GHz 3.75~2.4cm
HF(高频)
3~30MHz 100~10m
VHF(甚高频) 30~300MHz 10~1m
是x方向的电场矢量 是y方向的磁场矢量
平面电磁波的主要性质： 1. 电磁波是横波，E和H都与传播方向垂直； 2. E和H互相垂直，且同相位。
10
根据经典场论，电场和磁场分量的比值就是本征阻抗（波
阻抗）： Z 0 E x / H y / 0 r / 0 3 7 r /r 7
其中磁导率μ和介电常数ε与材料有关，μ0=4π×10-7(H/m)， ε0=8.85×10-12 (F/m) ， μr和εr为相对值。
Kμ 波段 K 波段
12.5~18GHz 2.4~1.67cm 18~26.5GHz 1.67~1.13cm
UHF(特高频) 300~3000MHz 100~10cm
SHF(超高频) 3~30GHz
7
功率放大器印刷电路板布局
12.7mm
了解、分析和最终制造这种PA电路，要涉及许多关键的RF课题。
8
• 在第2章“传输线分析”中将讨论微带线的阻抗特性，其定量 求解过程在第3章“Smith”圆图中介绍。
• 第4章研究将复杂电路简化为较简单的组元能力，该组元的 输入-输出是 通过两端口网络描述。
• 在第5章“滤波器设计”中研究特定的阻抗对频率响应的一般 开发策略,简述以分立元件和分布元件为基础的滤波器理论。
100pF
RF阻塞网络
100pF
VB 8.2pF
VC 8.2pF
射频线圈 RFC
RFC
至
微带线
CB 第
RF 输入
CB
隔直 电容
静态电阻 C1
R
C3
C4
C2 BFG425W 级间匹配网络
隔直 电容
二 级
输入匹配网络
为保证最佳的功率传输和消除由反射引起的性能变坏，输入阻抗必须与 输出阻抗相匹配，关键元件是微带线。输入和输出的偏置网络是通过两个 RF阻塞网络将高频信号与DC偏置分离，关键元件是射频线圈。
一般射频系统方框图 天线
语音 信号 经过 抽样 数 量化 字 编码 电 处理 路 或计 算机 信号
DAC
混频器
切换开关
PA
数-模变换器
发射功率放大器
OSC
本地振荡器
ADC
LPF
PA
将信号 以电磁 波的形 式向自 由空间 发射。
低通滤波器
模-数变换器
接收功率放大器
混合信号电路
模拟信号电路
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移动电话2GHz功率放大器第一级简化电路
在波的传播方向上，单位距离空间相位kz的变化称为相位
常数（传播常数）： k 空间相位kz变化2π所经过的距离称为波长：2/
正弦波的等相位面传播的速度称为相速度。
t z 常故 数 d t， d z 0
∴TEM波相速：
vpd d zt f 1
c
rr
m/s
（1.3）
横电磁模: Transverse electromagnetic mode
1.1 射频设计的重要性
本书的主要目的是提供模拟电路设计的理论和实例，该电 路的工作频率可延伸到射频和微波波段，在该波段普通电路的 分析方法是不适用的，由此引出以下问题：
➢ 普通电路分析方法适用的上限频率是多少？ ➢ 什么特性使得电子元件的高频性能和低频性能有如此大的差
别？ ➢ 被应用的“新”电路理论是什么？ ➢ 这些理论是如何应用于高频模拟电路实际设计的？
f 1 cm
12
1.3 频谱 电气和电子工程师学会(IEEE) 频谱
频段
频率
波长
频段
频率
波长
ELF(极低频) 30~300Hz 10000~1000km P 波段
0.23~1GHz 130~30cm
VF(音频)
300~3000Hz 1000~100km L 波段
1~2GHz
30~15cm
VLF(甚低频) 3~30kHz
射频电路设计
——理论与应用
2008年8月
1
近年来由于通信技术及计算机技术的迅猛发展， 工作频率日益提高，射频和微波电路得到广泛应用。
目前大多数教材都是面向两种不同的读者： 1. 具有坚实理论基础的研究生常常通过电磁场处 理方法进入这个领域。该方法确实涵盖了波导和传输 线方面的知识，但却远未触及高频放大器、振荡器及 混频器设计方面的重要内容。 2. 对数学和物理的严格性不太感兴趣的工程技术 人员则更喜欢采用电路理论来处理问题。该方法不涉 及或表面涉及到电压、电流的波动性质，而波的反射 和传输特性是影响射频电路特性的重要因素。
• 第8章将深入研究“匹配网络和偏置网络”的实现。 • 第9章介绍“射频晶体管放大器设计”中有关增益、线性度、
噪声和稳定度等指标。 • 第10章讨论“振荡器和混频器”设计的基本原理。
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1.2 量纲和单位
为了理解频率上限，在自由空间，向正 z 方向传播的平面
电磁波为：Ex E0xcostz V/m Hy H0ycostzA/m
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目录
1、 引言 2、 传输线分析 3、 Smith圆图 4、 单端口网络和多端口网络 5、 射频滤波器设计 6、 有源射频元件 7、 有源射频电路器件模型 8、 匹配网络和偏置网络 9、 射频晶体管放大器设计 10、振荡器和混频器
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第1章 引 言
回顾由低频到高频电路的演变过程，并从物理的角度引出 和揭示采用新技术去设计、优化此类电路的必要性。
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本教材不采用电磁场理论也能讲清楚传输 线原理。这样除了有物理课程中场和波方面的 知识外，具备基本电路理论及微电子学方面的 知识即可。
本书主要分析低频电路和元件当工作频率 升高到射频波段（30MHz~4GHz）时所遇到的 困难和解决办法，并重点讨论横电磁波（电场 与磁场传播方向正交）的传输特性及用微带线 （由特定长度和宽度的敷铜带）制成的各种射 频器件的原理和方法。
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例1.1 计算 f = 30MHz，300MHz，30GHz 在自由空间电磁波的 波阻抗、相速和波长。
解：自由空间的相对磁导率和介电常数等于1
波阻抗： Z0 0 0 84 .8 51 1 0 0 712377
相
速：
vp
1
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00
318 0m/s
波
长： 22vp vp
10 m 1m
100~10km
S 波段
2~4GHz
15~7.5cm
LF(低频)
30~300kHz 10~1km
C 波段
4~8GHz
7.5~3.75cm
MF(中频) 300~3000kHz 1~0.1km
X 波段
8~12.5GHz 3.75~2.4cm
HF(高频)
3~30MHz 100~10m
VHF(甚高频) 30~300MHz 10~1m
是x方向的电场矢量 是y方向的磁场矢量
平面电磁波的主要性质： 1. 电磁波是横波，E和H都与传播方向垂直； 2. E和H互相垂直，且同相位。
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根据经典场论，电场和磁场分量的比值就是本征阻抗（波
阻抗）： Z 0 E x / H y / 0 r / 0 3 7 r /r 7
其中磁导率μ和介电常数ε与材料有关，μ0=4π×10-7(H/m)， ε0=8.85×10-12 (F/m) ， μr和εr为相对值。
Kμ 波段 K 波段
12.5~18GHz 2.4~1.67cm 18~26.5GHz 1.67~1.13cm
UHF(特高频) 300~3000MHz 100~10cm
SHF(超高频) 3~30GHz
7
功率放大器印刷电路板布局
12.7mm
了解、分析和最终制造这种PA电路，要涉及许多关键的RF课题。
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• 在第2章“传输线分析”中将讨论微带线的阻抗特性，其定量 求解过程在第3章“Smith”圆图中介绍。
• 第4章研究将复杂电路简化为较简单的组元能力，该组元的 输入-输出是 通过两端口网络描述。
• 在第5章“滤波器设计”中研究特定的阻抗对频率响应的一般 开发策略,简述以分立元件和分布元件为基础的滤波器理论。
100pF
RF阻塞网络
100pF
VB 8.2pF
VC 8.2pF
射频线圈 RFC
RFC
至
微带线
CB 第
RF 输入
CB
隔直 电容
静态电阻 C1
R
C3
C4
C2 BFG425W 级间匹配网络
隔直 电容
二 级
输入匹配网络
为保证最佳的功率传输和消除由反射引起的性能变坏，输入阻抗必须与 输出阻抗相匹配，关键元件是微带线。输入和输出的偏置网络是通过两个 RF阻塞网络将高频信号与DC偏置分离，关键元件是射频线圈。