射频及微波固态功率放大器张玉.pptx

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1、会计学1射频及微波固态功率放大器张玉射频及微波固态功率放大器张玉内容内容射频及微波功率放大器发展动态射频及微波功率放大器发展动态1射频及微波功率放大器设计射频及微波功率放大器设计2功率放大器的线性化技术功率放大器的线性化技术3射频及微波固态功率放大器中的新颖技射频及微波固态功率放大器中的新颖技术术4第1页/共117页绪论绪论射频及微波固态功率放射频及微波固态功率放大器发展动态大器发展动态第2页/共117页Standard Standard AMPS/NAMPAMPS/NAMPS S ETACS ETACS JTACS/NTAJTACS/NTACS CS Year introduced Year

2、 introduced 1983/1988 1983/1988 198519851988/1993 1988/1993 Uplink frequency band(MHz)Uplink frequency band(MHz)North America North America United United Kingdom Kingdom Japan Japan 91591525 25 82482449 49 89089015 15 Channel bandwidth(kHz)Channel bandwidth(kHz)30/1030/10252525/12.5 25/12.5 Multiple

3、 access Multiple access FDMA FDMA FDMA FDMA FDMA FDMA Modulation Modulation FM FM FM FM FM FM Maximum transmit power(dBm)Maximum transmit power(dBm)27.827.8N/A N/A N/A N/A PA voltage(V)PA voltage(V)3.6-6.0 3.6-6.0 3.6-6.0 3.6-6.0 3.6-6.0 3.6-6.0 Typical PA quiescent current(mA)Typical PA quiescent c

4、urrent(mA)303030303030Typical efficiency(%)Typical efficiency(%)50 50 50 50 50 50 Several 1G Analog Wireless SystemsSeveral 1G Analog Wireless Systems第3页/共117页Standard Standard GSM GSM IS-54 IS-54 IS-95 IS-95 PDC PDC PHS PHS Year introduced Year introduced 1990199019911991199319931991199119931993Upl

5、ink frequency band Uplink frequency band Europe Europe North America North America North America North America Japan Japan Japan Japan(MHz)(MHz)890-915 890-915 824-849824-849824-849824-849940-959940-9591,895-1,907 1,895-1,907 Carrier spacing(kHz)Carrier spacing(kHz)20020030301,2501,2502525300300Mult

6、iple access Multiple access TDMA/FTDMA/FD DMMA A TDMA/FDMA TDMA/FDMA CDMA/FDMA CDMA/FDMA TDMA/FDTDMA/FDMA MA TDMA/FDTDMA/FDMA MA Modulation Modulation GMSK GMSK p/4-DQPSK p/4-DQPSK OQPSK OQPSK p/4-p/4-DQDQPSK PSK p/4-p/4-DQDQPSK PSK Duplex mode Duplex mode FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD FDD TDD TDD Max

7、imum transmit power(dBm)Maximum transmit power(dBm)303027.827.827.827.833331919Long-term mean power(dBm)Long-term mean power(dBm)21212323171728281010Peak-to-average power ratio(dB)Peak-to-average power ratio(dB)0 03.23.25.15.12.62.62.62.6Transmit duty ratio(%)Transmit duty ratio(%)12.512.533.333.3Va

8、riable Variable 33.333.333.333.3PA voltage(V)PA voltage(V)3.5-6.03.5-6.03.5-6.03.5-6.03.5-6.03.5-6.03.5-4.83.5-4.83.1-3.63.1-3.6ACPR(dBc)ACPR(dBc)N/A N/A-26-26-26-26-48-48-50-50 Typical PA quiescent current(mA)Typical PA quiescent current(mA)2020180180200200150150100100Typical efficiency(%)Typical e

9、fficiency(%)50 50 40 40 30 30 50 50 50 50 Several 2G Digital Wireless SystemsSeveral 2G Digital Wireless Systems第4页/共117页用于移动通信的功率放大器用于移动通信的功率放大器 频率范围频率范围频率范围频率范围MHzMHzMHzMHz Pout(dBm)Pout(dBm)Pout(dBm)Pout(dBm)增益增益增益增益(dB(dB(dB(dB)功率附加效率功率附加效率功率附加效率功率附加效率(%)(%)(%)(%)偏置偏置偏置偏置(V(V(V(V)GSMGSMGSMGSM890

10、890890890 190019001900190032323232 353535353030303050505050 555555553 3 3 3 5.85.85.85.8PCSPCSPCSPCS1850185018501850 191019101910191028282828 323232322424242430303030 424242423 3 3 3 5.85.85.85.8蜂窝蜂窝蜂窝蜂窝824824824824 92892892892828282828 32.532.532.532.52727272730303030 606060603 3 3 3 5.85.85.85.8第5

11、页/共117页数字移动通信对非线性分析的影响数字移动通信对非线性分析的影响数字移动通信对非线性分析的影响数字移动通信对非线性分析的影响 非恒包络信号非恒包络信号非恒包络信号非恒包络信号对非线性敏感对非线性敏感对非线性敏感对非线性敏感 NADC(/4-QPSK)NADC(/4-QPSK)、CDMA(QPSKCDMA(QPSK、OQPSK)OQPSK)高功率附加效率高功率附加效率高功率附加效率高功率附加效率非线性状态较强非线性状态较强非线性状态较强非线性状态较强 低邻信道干扰低邻信道干扰低邻信道干扰低邻信道干扰要求线性好要求线性好要求线性好要求线性好 挑战挑战挑战挑战 解决高功率附加效率与低邻信道

12、干扰的矛盾解决高功率附加效率与低邻信道干扰的矛盾解决高功率附加效率与低邻信道干扰的矛盾解决高功率附加效率与低邻信道干扰的矛盾如何在线性度和效率之间做到较好的兼顾？如何在线性度和效率之间做到较好的兼顾？如何在线性度和效率之间做到较好的兼顾？如何在线性度和效率之间做到较好的兼顾？第6页/共117页高功放的发展现状高功放的发展现状vv功率回退：功率回退：传传统统的的功功率率放放大大器器一一般般采采用用回回退退技技术术来来实实现现不不同同功放要求，是目前主要采用的技术。功放要求，是目前主要采用的技术。基本原理基本原理基本原理基本原理:输入功率减小输入功率减小输入功率减小输入功率减小1dB1dB时，三阶

13、交调系数改时，三阶交调系数改时，三阶交调系数改时，三阶交调系数改善善善善 2dB2dB，通过减小输入功率的方法改善功率，通过减小输入功率的方法改善功率，通过减小输入功率的方法改善功率，通过减小输入功率的方法改善功率 放放放放大器的线性。大器的线性。大器的线性。大器的线性。优缺点优缺点优缺点优缺点:简单、易实现简单、易实现简单、易实现简单、易实现 降低效率、增大成本降低效率、增大成本降低效率、增大成本降低效率、增大成本 小功率、适用于线性要求不很高的系统小功率、适用于线性要求不很高的系统小功率、适用于线性要求不很高的系统小功率、适用于线性要求不很高的系统 第7页/共117页vv负反馈法负反馈法

14、优缺点优缺点优缺点优缺点:简单、易实现简单、易实现简单、易实现简单、易实现 频带较窄、稳定性较差频带较窄、稳定性较差频带较窄、稳定性较差频带较窄、稳定性较差 适用于线性要求不高的系统适用于线性要求不高的系统适用于线性要求不高的系统适用于线性要求不高的系统 第8页/共117页vv前馈技术：前馈技术：采采用用前前馈馈技技术术优优点点是是能能大大大大改改善善功功放放的的线线性性度度，缺缺点点是是成成本本较较高高、难难度度大大、功功放放的的效效率率会会比比较较低低，这这种种技技术术近近几几年年在在国国内内外外已已经经得得到到了了广泛的应用。广泛的应用。第9页/共117页vv预失真技术预失真技术预预失失

15、真真又又分分这这模模拟拟预预失失真真（APDAPD）和和数数字字预预失失真真（DPDDPD）1 1、模模拟拟预预失失真真是是指指在在功功放放输输入入前前加加入入一一个个预预失失真真器器，这这种种预预失失真真器器产产生生的的非非线线性性与与功功放放产产生生的的非非线线性性相相们们相相反反，从从而而可可以以实实验验非非线线性性的的矫矫正正，模拟预失真又分为射频预失真和中频预失真。模拟预失真又分为射频预失真和中频预失真。这这种种技技术术优优点点是是实实现现简简单单、技技术术难难度度小小、成成本本低低；缺点是线性度改善不高。缺点是线性度改善不高。第10页/共117页2 2、基带数字预失真技术、基带数字

16、预失真技术基基带带数数字字预预失失真真技技术术是是近近几几年年发发展展起起来来的的一一种种新新型型技技术术，是是线线性性功功放放发发展展的的主主流流。这这项项技技术术目目前前还还不不是是很很成成熟熟、是是未未来来线线性性功功放放发发展展的的方方向向。其其优优点点是是线线性性度度高高、效效率率高高；缺缺点点是是电电路路复复杂杂、实实现现难难度度较较大大。原原理理是是将将功功放放输输入入的的信信号号取取样样，下下变变频频到到中中频频、经经数数字字中中频频处处理理后后、提提取取基基带带数数字字信信号号的的辐辐度度和和相相位位信信息息，再再将将输输出出的的非非线线性性的的信信号号同同样样变变频频到到基

17、基带带，并并提提取取相相应应的的信信息息，两两者者相相比比较较，再再通通过过相相位位和和辐辐度度调调整整电电路路将将输输入入信信号号进进行行动动态地矫正。态地矫正。第11页/共117页基带数字预失真的硬件原理基带数字预失真的硬件原理第12页/共117页vv极性环极性环 第13页/共117页vv笛卡儿环笛卡儿环第14页/共117页技术技术类型类型技术成技术成熟度熟度技术技术难度难度功放功放效率效率是否获得是否获得商用商用生产生产难度难度体积体积可靠可靠性性成本成本基于基于前馈前馈技术技术的功的功放放成熟成熟中中低于低于1010是是难难大大低低高高基于基于DPDDPD技技术的术的功放功放步入成步入

18、成熟熟难难高，高，典型典型值值1919是是易易小小高高低低基于基于DPDDPD加加DoherDohertyty技技术的术的功放功放试验阶试验阶段段难难高，高，典型典型值值2727否否易易小小高高低低新一代基站功放和传统功放的技术比较新一代基站功放和传统功放的技术比较 第15页/共117页第二章第二章 射频及微波功率放大器射频及微波功率放大器设计设计二端口网络及二端口网络及S S参数参数1 1准线性网络设计准线性网络设计2 2负载牵引法负载牵引法3 3第16页/共117页2.1 二端口网络理论及二端口网络理论及S参数参数传统的网络参数传统的网络参数1散射参数散射参数2二端口网络参数间转换二端口网

19、络参数间转换3传输线传输线4第17页/共117页2.1.1 传统的网络参数传统的网络参数第18页/共117页阻抗参数阻抗参数第19页/共117页导纳参数导纳参数第20页/共117页混合参数混合参数第21页/共117页传输参数传输参数第22页/共117页第23页/共117页2.1.2散射参数散射参数入射波入射波ai，入射波入射波bi第24页/共117页端口端口端口端口2 2 2 2处接有匹配负载时，在端口处接有匹配负载时，在端口处接有匹配负载时，在端口处接有匹配负载时，在端口1 1 1 1处的反射系数处的反射系数处的反射系数处的反射系数端口端口端口端口1 1 1 1处接有匹配负载时，在端口处接有

20、匹配负载时，在端口处接有匹配负载时，在端口处接有匹配负载时，在端口2 2 2 2处的反射系数处的反射系数处的反射系数处的反射系数端口端口端口端口1 1 1 1处接有匹配负载时，端口处接有匹配负载时，端口处接有匹配负载时，端口处接有匹配负载时，端口2 2 2 2到端口到端口到端口到端口1 1 1 1的传输系数的传输系数的传输系数的传输系数端口端口端口端口2 2 2 2处接有匹配负载时，端口处接有匹配负载时，端口处接有匹配负载时，端口处接有匹配负载时，端口1 1 1 1到端口到端口到端口到端口2 2 2 2的传输系数的传输系数的传输系数的传输系数第25页/共117页2.1.32.1.3二端口参数的

21、相互转换二端口参数的相互转换二端口参数的相互转换二端口参数的相互转换第26页/共117页2.1.4 2.1.4 传输线传输线(Transmission Lines)n n分布分布(distributed)(distributed)参数参数系统与集总系统与集总(lumped)(lumped)参数参数系统系统 任何电路、元器件、连接线本质上都是分布系统，任何电路、元器件、连接线本质上都是分布系统，在某些条件下它们的分布特性可以被忽略，正如在某在某些条件下它们的分布特性可以被忽略，正如在某些条件下微积分可以简化为四则运算。些条件下微积分可以简化为四则运算。对于一条长度为对于一条长度为l l 的低损耗

22、连接线和波长为的低损耗连接线和波长为的信的信号，号，当当l l 0.1 0.1 0.1，我们认为它是一个分布系统传，我们认为它是一个分布系统传输线。输线。分布分布 vs.vs.寄生寄生(parasitic)(parasitic)准静态准静态(Quasi-Static)(Quasi-Static)与非准静态与非准静态(NQS)(NQS)QS QS：电路理论适用，：电路理论适用，NQSNQS：电磁场理论适用：电磁场理论适用第27页/共117页IC DesignIC Design 需要传输线知识吗需要传输线知识吗 空气中空气中1GHz1GHz信号的波长为信号的波长为30cm30cm，芯片的尺寸以，芯

23、片的尺寸以mmmm计，计，因此在这个频段附近因此在这个频段附近(lower GHzlower GHz)的的RFIC RFIC 内部通常还内部通常还不需要考虑传输线效应不需要考虑传输线效应 当频率高到一定程度，电路中存在较长的连线，或者需当频率高到一定程度，电路中存在较长的连线，或者需要精确分析电路的工作情况，即使是要精确分析电路的工作情况，即使是IC IC 设计也不得不设计也不得不使用传输线理论使用传输线理论 ICIC与外界连接时与外界连接时(不论是测试还是实际应用不论是测试还是实际应用)都将用到都将用到传输线传输线 传输线现象是典型的高频现象，传输线理论是理解高频传输线现象是典型的高频现象，

24、传输线理论是理解高频电路、信号和系统的基础和重点电路、信号和系统的基础和重点 抽象的传输线抽象的传输线 一根信号线和地一根信号线和地(线或面线或面)就组成了传输线就组成了传输线 电磁波将沿信号线传输并被限制在信号线和地之间电磁波将沿信号线传输并被限制在信号线和地之间第28页/共117页第29页/共117页第30页/共117页第31页/共117页第32页/共117页第33页/共117页第34页/共117页第35页/共117页第36页/共117页第37页/共117页传输线阻抗变传输线阻抗变换换第38页/共117页第39页/共117页2.2 2.2 准线性网络设计方法准线性网络设计方法准线性网络设计

25、方法准线性网络设计方法 为简化功率放大器设计过程，在一些情况下，为简化功率放大器设计过程，在一些情况下，为简化功率放大器设计过程，在一些情况下，为简化功率放大器设计过程，在一些情况下，使用基波电流和电压之比和非线性元件用等效平使用基波电流和电压之比和非线性元件用等效平使用基波电流和电压之比和非线性元件用等效平使用基波电流和电压之比和非线性元件用等效平均基波线性元件代替，可用准线性方法分析。依均基波线性元件代替，可用准线性方法分析。依均基波线性元件代替，可用准线性方法分析。依均基波线性元件代替，可用准线性方法分析。依据信号电压的等效平均线性元件的推导是基于静据信号电压的等效平均线性元件的推导是基

26、于静据信号电压的等效平均线性元件的推导是基于静据信号电压的等效平均线性元件的推导是基于静态伏态伏态伏态伏-安和电压安和电压安和电压安和电压-电容有源器件特性。电容有源器件特性。电容有源器件特性。电容有源器件特性。第40页/共117页2.32.3负载牵引法负载牵引法负载牵引法负载牵引法 直接方法，也是一种借助实验手段的方法直接方法，也是一种借助实验手段的方法直接方法，也是一种借助实验手段的方法直接方法，也是一种借助实验手段的方法 确定功率放大器的增益、输出功率、非线性特确定功率放大器的增益、输出功率、非线性特确定功率放大器的增益、输出功率、非线性特确定功率放大器的增益、输出功率、非线性特性与负载

27、的性与负载的性与负载的性与负载的 关系关系关系关系 确定振荡器的频率牵引特性、振荡稳定区与负确定振荡器的频率牵引特性、振荡稳定区与负确定振荡器的频率牵引特性、振荡稳定区与负确定振荡器的频率牵引特性、振荡稳定区与负载的关系载的关系载的关系载的关系 在设计功率放大器时，用测量系统测在设计功率放大器时，用测量系统测在设计功率放大器时，用测量系统测在设计功率放大器时，用测量系统测出功率放大器在不同出功率放大器在不同出功率放大器在不同出功率放大器在不同 负载情况下的增益、输出负载情况下的增益、输出负载情况下的增益、输出负载情况下的增益、输出功率、三阶交调失真及二次谐波，功率、三阶交调失真及二次谐波，功率

28、、三阶交调失真及二次谐波，功率、三阶交调失真及二次谐波，用这些数据用这些数据用这些数据用这些数据在阻抗园图上画出负载阻抗的轨迹，从中选出在阻抗园图上画出负载阻抗的轨迹，从中选出在阻抗园图上画出负载阻抗的轨迹，从中选出在阻抗园图上画出负载阻抗的轨迹，从中选出 合适的参数作为设计依据合适的参数作为设计依据合适的参数作为设计依据合适的参数作为设计依据 优点：测试结果能使设计人员一目了然，便于优点：测试结果能使设计人员一目了然，便于优点：测试结果能使设计人员一目了然，便于优点：测试结果能使设计人员一目了然，便于设计设计设计设计 采用计算机自动测试系统，测试结果可靠采用计算机自动测试系统，测试结果可靠采

29、用计算机自动测试系统，测试结果可靠采用计算机自动测试系统，测试结果可靠 缺点：被测放大器的功率越大要求信号源功率缺点：被测放大器的功率越大要求信号源功率缺点：被测放大器的功率越大要求信号源功率缺点：被测放大器的功率越大要求信号源功率也越大也越大也越大也越大 无法测量激励频率的谐波阻抗，很难估无法测量激励频率的谐波阻抗，很难估无法测量激励频率的谐波阻抗，很难估无法测量激励频率的谐波阻抗，很难估计谐波影响。计谐波影响。计谐波影响。计谐波影响。第41页/共117页第第3章章 功率放大器的线性化技术功率放大器的线性化技术非线性电路基本概念与定义非线性电路基本概念与定义1 1放大器中的非线性现象放大器中

30、的非线性现象2 2功率放大器的线性化技术功率放大器的线性化技术3 3第42页/共117页一、分布参数一、分布参数一、分布参数一、分布参数 分布电容分布电容分布电容分布电容存在于二个导体之间、导体与元器件存在于二个导体之间、导体与元器件存在于二个导体之间、导体与元器件存在于二个导体之间、导体与元器件之间、导体与地之间或者元件之间。之间、导体与地之间或者元件之间。之间、导体与地之间或者元件之间。之间、导体与地之间或者元件之间。引线电感引线电感引线电感引线电感，顾名思义是一种元件间连接导线的，顾名思义是一种元件间连接导线的，顾名思义是一种元件间连接导线的，顾名思义是一种元件间连接导线的电感，有时，也

31、称之为内部构成电感。电感，有时，也称之为内部构成电感。电感，有时，也称之为内部构成电感。电感，有时，也称之为内部构成电感。分布参数的影响在直流和低频时是不严重的。分布参数的影响在直流和低频时是不严重的。分布参数的影响在直流和低频时是不严重的。分布参数的影响在直流和低频时是不严重的。但是，随着频率的增加，影响越来越大。但是，随着频率的增加，影响越来越大。但是，随着频率的增加，影响越来越大。但是，随着频率的增加，影响越来越大。3.1非线性电路基本概非线性电路基本概念与定义念与定义第43页/共117页二、二、二、二、RFRF频段是一种相对概念频段是一种相对概念频段是一种相对概念频段是一种相对概念集中

32、参数频段可用集中参数频段可用集中参数频段可用集中参数频段可用“路路路路”的概念来分析的概念来分析的概念来分析的概念来分析分布参数则用分布参数则用分布参数则用分布参数则用“场场场场”的概念来分析。的概念来分析。的概念来分析。的概念来分析。RFRF频段与电路尺寸有关，电路尺寸只要小于频段与电路尺寸有关，电路尺寸只要小于频段与电路尺寸有关，电路尺寸只要小于频段与电路尺寸有关，电路尺寸只要小于八分之一导波波长八分之一导波波长八分之一导波波长八分之一导波波长(g g)，就可用路的概念来分，就可用路的概念来分，就可用路的概念来分，就可用路的概念来分析电路。析电路。析电路。析电路。RFRF电路既可用路的概念

33、分析问题，又可用分电路既可用路的概念分析问题，又可用分电路既可用路的概念分析问题，又可用分电路既可用路的概念分析问题，又可用分布参数概念布参数概念布参数概念布参数概念长线理论来分析，或者说，用长线理论来分析，或者说，用长线理论来分析，或者说，用长线理论来分析，或者说，用“路路路路”分析时，还要考虑分布参数的影响。分析时，还要考虑分布参数的影响。分析时，还要考虑分布参数的影响。分析时，还要考虑分布参数的影响。第44页/共117页三、趋肤效应三、趋肤效应三、趋肤效应三、趋肤效应 趋肤效应：趋肤效应：趋肤效应：趋肤效应：acac电流流经导体时趋向于导体外边部电流流经导体时趋向于导体外边部电流流经导体

34、时趋向于导体外边部电流流经导体时趋向于导体外边部分，而分，而分，而分，而dcdc电流流经整个导体。随着频率的升高，电流流经整个导体。随着频率的升高，电流流经整个导体。随着频率的升高，电流流经整个导体。随着频率的升高，趋肤效应形成了一个较小的导流带，结果，形成趋肤效应形成了一个较小的导流带，结果，形成趋肤效应形成了一个较小的导流带，结果，形成趋肤效应形成了一个较小的导流带，结果，形成了大于了大于了大于了大于dcdc电阻的电阻的电阻的电阻的acac电阻。电阻。电阻。电阻。趋肤深度示意图趋肤深度示意图 趋肤深度：电流密度降到表面趋肤深度：电流密度降到表面趋肤深度：电流密度降到表面趋肤深度：电流密度降

35、到表面电流密度电流密度电流密度电流密度1/e=1/2.718=0.3681/e=1/2.718=0.368处处处处的临界深度。的临界深度。的临界深度。的临界深度。趋肤效应引起的最明显的影响趋肤效应引起的最明显的影响趋肤效应引起的最明显的影响趋肤效应引起的最明显的影响就是引起信号传输途径中的损就是引起信号传输途径中的损就是引起信号传输途径中的损就是引起信号传输途径中的损耗增加。耗增加。耗增加。耗增加。第45页/共117页四、寄生耦合四、寄生耦合四、寄生耦合四、寄生耦合 RFRF电路中信号很容易从电路内向外部和在电路内部电路中信号很容易从电路内向外部和在电路内部电路中信号很容易从电路内向外部和在电

36、路内部电路中信号很容易从电路内向外部和在电路内部之间辐射。这样，造成了电路内部元件之间、电路之间辐射。这样，造成了电路内部元件之间、电路之间辐射。这样，造成了电路内部元件之间、电路之间辐射。这样，造成了电路内部元件之间、电路与他的环境之间、他的环境与电路之间的互相耦合。与他的环境之间、他的环境与电路之间的互相耦合。与他的环境之间、他的环境与电路之间的互相耦合。与他的环境之间、他的环境与电路之间的互相耦合。这种耦合又称之为寄生耦合，电路元件之间的耦合这种耦合又称之为寄生耦合，电路元件之间的耦合这种耦合又称之为寄生耦合，电路元件之间的耦合这种耦合又称之为寄生耦合，电路元件之间的耦合造成了造成了造成

37、了造成了RFRF电路中的寄生反馈，引起电路的不稳定及电路中的寄生反馈，引起电路的不稳定及电路中的寄生反馈，引起电路的不稳定及电路中的寄生反馈，引起电路的不稳定及性能下降。性能下降。性能下降。性能下降。地线上电位差引起的寄生反馈 第46页/共117页克服克服克服克服RFRF电路中寄生反馈的有效手段之一是屏蔽。电路中寄生反馈的有效手段之一是屏蔽。电路中寄生反馈的有效手段之一是屏蔽。电路中寄生反馈的有效手段之一是屏蔽。所谓屏蔽就是把易引起电磁辐射的元器件用金所谓屏蔽就是把易引起电磁辐射的元器件用金所谓屏蔽就是把易引起电磁辐射的元器件用金所谓屏蔽就是把易引起电磁辐射的元器件用金属盒封蔽起来或者隔离开来

38、，切断属盒封蔽起来或者隔离开来，切断属盒封蔽起来或者隔离开来，切断属盒封蔽起来或者隔离开来，切断(或削弱或削弱或削弱或削弱)他他他他们的电磁耦合途经，金属外壳要妥然接地。们的电磁耦合途经，金属外壳要妥然接地。们的电磁耦合途经，金属外壳要妥然接地。们的电磁耦合途经，金属外壳要妥然接地。屏蔽盒及接地 第47页/共117页五、公用电源的去耦合问题五、公用电源的去耦合问题五、公用电源的去耦合问题五、公用电源的去耦合问题 RF电路中电源的去耦合 第48页/共117页第49页/共117页六、无源元件六、无源元件六、无源元件六、无源元件(Passive Components)(Passive Compone

39、nts)n n非线性电路大量使用无源元件，它们用于：非线性电路大量使用无源元件，它们用于：阻抗匹配或转换阻抗匹配或转换 抵消寄生元件的影响抵消寄生元件的影响(扩展带宽扩展带宽)提高选择性提高选择性(调谐、滤波、谐振调谐、滤波、谐振)移相网络、负载等等移相网络、负载等等第50页/共117页RFRF电路中的电阻电路中的电阻电路中的电阻电路中的电阻 电阻的等效电路描述 电阻R的绝对值阻抗随频率的变化 第51页/共117页RFRF电路中的电感电路中的电感电路中的电感电路中的电感 高频电感线圈的等效电路 空心线圈的频率响应 第52页/共117页RFRF电路中的电容电路中的电容电路中的电容电路中的电容 高

40、频电容电等效电路 引线电容的频率响应 第53页/共117页简单串、并联谐振回路与双调谐耦合谐振回路简单串、并联谐振回路与双调谐耦合谐振回路简单串、并联谐振回路与双调谐耦合谐振回路简单串、并联谐振回路与双调谐耦合谐振回路LC谐振回路的电路结构 第54页/共117页特性特性特性特性串联谐振回路串联谐振回路串联谐振回路串联谐振回路并联谐振回路并联谐振回路并联谐振回路并联谐振回路阻抗阻抗阻抗阻抗幅频特性幅频特性幅频特性幅频特性相频特性相频特性相频特性相频特性谐振电阻谐振电阻谐振电阻谐振电阻r r r r谐振频率谐振频率谐振频率谐振频率谐振回路特性谐振回路特性谐振回路特性谐振回路特性 第55页/共117

41、页谐振回路特性谐振回路特性谐振回路特性谐振回路特性 特性特性特性特性串联谐振回路串联谐振回路串联谐振回路串联谐振回路并联谐振回路并联谐振回路并联谐振回路并联谐振回路QQ值值值值特性阻抗特性阻抗特性阻抗特性阻抗阻阻阻阻抗抗抗抗特特特特性性性性感性感性感性感性容性容性容性容性纯阻（纯阻（纯阻（纯阻（r r r r）纯阻（纯阻（纯阻（纯阻（R R R R0 0 0 0）容性容性容性容性感性感性感性感性通频带通频带通频带通频带注：式中注：式中注：式中注：式中为广义失谐为广义失谐为广义失谐为广义失谐 第56页/共117页品质因数的物理意义品质因数的物理意义品质因数的物理意义品质因数的物理意义 品质因数实

42、际上描绘的是系统储能与耗能之品质因数实际上描绘的是系统储能与耗能之间的关系。间的关系。第57页/共117页七、七、七、七、Smith Chart Smith Chart 反射系数平面上的阻抗和导纳反射系数平面上的阻抗和导纳反射系数平面上的阻抗和导纳反射系数平面上的阻抗和导纳反射系数平面反射系数平面(平面平面)反射系数反射系数 可以用一个平面直角坐标中的点可以用一个平面直角坐标中的点(X X,Y Y)来来表示，表示，X X和和Y Y 分别是它的实部和虚部，即分别是它的实部和虚部，即G G=X X+jYjY，这是一一对应的关系。这是一一对应的关系。还和阻抗存在一一对应的关系还和阻抗存在一一对应的关

43、系因此阻抗也和因此阻抗也和平面上的点存在一一对应的关系平面上的点存在一一对应的关系 将反射系数表达式中的阻抗对传输线的特征阻抗将反射系数表达式中的阻抗对传输线的特征阻抗Z Z0 0 进进行归一化：行归一化：z z=Z Z/Z Z0 0=r r+jx jx，进一步得到，进一步得到第58页/共117页第59页/共117页第60页/共117页第61页/共117页第62页/共117页第63页/共117页第64页/共117页 Smith ChartSmith Chart 的应用的应用 读取阻抗、导纳、反射系数、驻波比等读取阻抗、导纳、反射系数、驻波比等 LC LC和传输线匹配网络设计和传输线匹配网络设计

44、 微波、射频放大器设计微波、射频放大器设计 噪声系数噪声系数 增益增益 稳定系数稳定系数 微波、射频振荡器设计微波、射频振荡器设计 小结小结 史密斯圆图是反射系数平面上的阻抗和导纳坐史密斯圆图是反射系数平面上的阻抗和导纳坐标系标系 平面直角坐标平面直角坐标(反射系数反射系数)和圆坐标和圆坐标(阻抗和阻抗和导纳导纳)的结合使的结合使LCLC和传输和传输线电路的计算变得非常直观，在高频放大器设计线电路的计算变得非常直观，在高频放大器设计中有广泛的应用中有广泛的应用第65页/共117页八、阻抗变换及匹配：概述八、阻抗变换及匹配：概述八、阻抗变换及匹配：概述八、阻抗变换及匹配：概述 为什么要匹配为什么

45、要匹配 在传输中获得最大的功率或效率在传输中获得最大的功率或效率 保证系统具有正确传输特性保证系统具有正确传输特性(例如例如LCLC滤波器需滤波器需要匹配负载要匹配负载)提高信噪比提高信噪比(降低噪声系数降低噪声系数)减少由于反射引起的信号失真减少由于反射引起的信号失真 确保电路稳定确保电路稳定 为各模块之间提供方便、可靠的连接为各模块之间提供方便、可靠的连接 为什么低频信号不需要匹配为什么低频信号不需要匹配(想想弹簧的情况想想弹簧的情况)从波长与器件从波长与器件/传输线尺寸的关系看，信号在传输线尺寸的关系看，信号在传输过程中的相位与幅度传输过程中的相位与幅度近似不变近似不变 从周期与传输时间

46、上看，虽然反射仍然存在，从周期与传输时间上看，虽然反射仍然存在，但是在信号的有效周期内但是在信号的有效周期内将会衰减到可以忽略将会衰减到可以忽略(极限情况：极限情况：DC)DC)第66页/共117页 为什么逻辑电路通常不需要匹配为什么逻辑电路通常不需要匹配 这是一个能量这是一个能量(或功率、信噪比或功率、信噪比)与状态的区分问题，与状态的区分问题，与高频模拟电路与高频模拟电路不同，逻辑电路中所传递的是电平的高低状态不同，逻辑电路中所传递的是电平的高低状态 两种不同的匹配概念两种不同的匹配概念 对传输线阻抗的匹配：对传输线阻抗的匹配：ZL ZL=Z Z0 0 对信号源阻抗的匹配：对信号源阻抗的匹

47、配：ZL ZL=Z Zs s*匹配网络设计的一些考虑匹配网络设计的一些考虑 工作频率工作频率 带宽或带宽或QQ值值 实现方式和结构实现方式和结构 阻抗匹配阻抗匹配/变换网络的基本形式变换网络的基本形式 LC LC阻抗变换技术阻抗变换技术 传输线匹配技术传输线匹配技术 变压器变压器第67页/共117页uuLC LC 阻抗变换网络阻抗变换网络阻抗变换网络阻抗变换网络第68页/共117页第69页/共117页第70页/共117页第71页/共117页第72页/共117页第73页/共117页uu传输线阻抗变换传输线阻抗变换传输线阻抗变换传输线阻抗变换第74页/共117页第75页/共117页3.2 3.2

48、放大器中的非线性现象放大器中的非线性现象放大器中的非线性现象放大器中的非线性现象 Gain and Phase depends on Input Signal Gain and Phase depends on Input Signal 3rd Order Gain-Nonlinearities:3rd Order Gain-Nonlinearities:第76页/共117页 Higher Output Level(close to Saturation)Higher Output Level(close to Saturation)results in more Distortion/Non

49、linearityresults in more Distortion/Nonlinearity第77页/共117页Nonlinearity leads to?Nonlinearity leads to?Generation of Harmonics Generation of Harmonics Intermodulation Distortion/Spectral Intermodulation Distortion/Spectral RegrowthRegrowth SNR(NPR)Degradation SNR(NPR)Degradation Constellation Deforma

50、tion Constellation Deformation第78页/共117页Intermodulation and HarmonicsIntermodulation and Harmonics第79页/共117页Spectral RegrowthSpectral Regrowth Energy in adjacent Channels Energy in adjacent Channels ACPR(Adjacent Channel Leakage Power ACPR(Adjacent Channel Leakage Power Ratio)increasesRatio)increase