1、叶汉霆 典型射频电路设计1重庆大学本科学生课程设计指导教师评定成绩表学 号 20134414 学生姓名 叶汉霆学 院 通信工程 专 业 通信工程指导教师 陈世勇课程设计题目典型射频电路设计指导教师评语课程设计成绩指导教师签名：年 月 日说明：1、学院、专业、年级均填全称。2、本表除评语、成绩和签名外均可采用计算机打印。叶汉霆 典型射频电路设计2重庆大学本科学生课程设计任务书课程设计题目 微波技术及应用实践学院 通信工程 专业 通信工程 年级 2013 级设计要求：1、微带低通滤波器 2、微带功分器通带频率：2.5GHz 工作中心频率： 2.5GHz止带频率：5GHz 23:1P通带波纹：0.5
2、dB输入输出阻抗：50衰减40 dB3、微带带通滤波器 4、射频放大器带内波纹：0.01dB 工作频率：3.2GHz中心频率：5GHz 增益：10dB下边频：4.5GHz 带宽：100MHz上边频：5.5GHz 噪声系数： 30dB 学生应完成的工作：分别完成微带低通滤波器、功率分配器、带通滤波器和放大器的一系列工作1）电路原理图设计；2）进行相应的仿真和调试；3）进行相应的 Layout 图的设计；4）进行电磁能量图仿真参考资料：微波技术基础廖承恩 编著 西安电子科技大学出版社微波技术及光纤通信实验韩庆文 主编 重庆大学出版社射频电路设计理论与应用Reinhold Ludwig Pavel
3、Bretchko 编著 电子工业出版社课程设计工作计划：设计分两周进行：第一周完成切比雪夫低通滤波器和威尔金森功分器的设计第二周完成微带滤波器和放大器的设计任务下达日期 2016 年 9 月 5 日 完成日期 2016 年 9 月 18 日指导教师 （签名） 学生 （签名）说明：1、学院、专业、年级均填全称。叶汉霆 典型射频电路设计32、本表除签名外均可采用计算机打印。本表不够，可另附页，但应在页脚添加页码。摘要本次主要涉及了低通滤波器，功分器，带通滤波器和放大器，用到了AWR， MATHCAD 和 ADS 软件。在低通滤波器的设计中，采用了两种方法：第一种是根据设计要求，选择了合适的低通原型
4、，利用了 RICHARDS 法则用传输线替代电感和电容，然后用Kuroda 规则进行微带线串并联互换，反归一化得出各段微带线的特性阻抗，组后在 AWR 软件中用 Txline 算出微带线的长宽，画出原理图并仿真，其中包括S 参数仿真， Smith 圆图仿真和 EM 板仿真。第二种是利用低通原型，设计了高低阻抗低通滤波器，高低阻抗的长度均由公式算得出。在功分器的设计中，首先根据要求的工作频率和功率分配比 K，利用公式求得各段微带线的特性阻抗 1，2，3 端口所接电阻的阻抗值，再用 AWR 软件确定各段微带线的长度和宽度，设计出原理图，然后仿真，为了节省材料，又在原来的基础上设计了弯曲的功分器。同
5、时通过对老师所给论文的学习，掌握到一种大功率比的分配器的设计，其较书上的简单威尔金森功分器有着优越的性能。对于带通滤波器，首先根据要求选定低通原型，算出耦合传输线的奇模，偶模阻抗，再选定基板，用 ADS 的 LineCalc 计算耦合微带线的长和宽，组图后画出原理图并进行仿真。设计放大器时，一是根据要求，选择合适的管子，需在选定的频率点满足增益，噪声放大系数等要求。二是设计匹配网络，采用了单项化射界和双边放大器设计两种方法。具体是用 ADS 中的 Smith 圆图工具 SmitChaitUtility 来辅助设计，得到了微带显得电长度，再选定基板，用 ADS 中的 LineCalc 计算微带线
6、的长和宽。最后在 ADS 中画出原理图并进行仿真，主要是对 S 参数的仿真。为了达到所要求的增益，采用两级放大。其中第一级放大为低噪声放大，第二级放大为双共轭匹配放大。由于在微波领域，很多时候要用经验值，而不是理论值，来达到所要求的元件特性，因此在算出理论值之后，常常需要进行一些调整来达到设计要求。叶汉霆 典型射频电路设计4关键词：低通原型 Kuroda 规则 功率分配比 匹配网络 微带线课程设计正文1. 切比雪夫低通滤波器的设计1.1 设计要求：五阶微带低通滤波器：截止频率 2.5GHZ 止带频率：5GHZ 通带波纹：0.5dB止带衰减大于 42dB 输入输出阻抗：50 欧1.2 设计原理：
7、切比雪夫低通滤波器具有陡峭的通带阻带过渡特性，且陡峭程度与带内波纹有关。一般来说波纹越大，通带阻带过渡越陡峭。在通带外，切比雪夫低通滤波器衰减特性较其他低通滤波器提高很多倍。切比雪夫低通滤波器在过渡带比巴特沃斯滤波器的衰减快，但频率响应的幅频特性不如后者平坦。切比雪夫滤波器和理想滤波器的频率响应曲线之间的误差最小，但是在通频带内存在幅度波动。为了将低通原型的截止频率从 1 变换到 wC，需要乘以因子1/wC 来确定滤波器的频率，这是通过 w/wC 来代替 w 的。叶汉霆 典型射频电路设计5= =CC对于低通原型中的串联电感 j ，并联电容 j 变换为低通滤波器中的感抗，LXcX容抗，可通过下面
8、的公式来计算： ccL wLjLwjjX)(ccC Cjjj 1)(1.3 设计流程图：性能指标分析Mathcad参数计算绘制集总元件图集总元件性能仿真分布参数计算绘制微带线图参数修改性能仿真绘制 EM图电磁仿真验证修改 成功！1.4 设计步骤：步骤 1：利用 MATHCAD 进行参数计算：叶汉霆 典型射频电路设计6画出归一化低通原型的电路图如图一所示：图一 集总参数模型图步骤 2：集总元件的绘制与仿真：由于输入输出阻抗为 50 Ohm，用原型值进行阻抗变换，得到各组件的真实值，用 AWR 软件画出相应的电路图如图二所示：叶汉霆 典型射频电路设计7图二：集总参数原理图得到相应的 S 参数仿真图
9、：图三 低通原型 S 参数仿真图Smith 圆图仿真：叶汉霆 典型射频电路设计8从图中可以看到：仿真轨迹最终到达匹配点 Z=1，可知输入输出带到了匹配。步骤 3： 分布元件参数的计算用图二中开路，短路的并联，串联微带线替换图一中的电容和电感，只需直接运用 Richards 变换即可得到微带线的特性阻抗和特性导纳为：叶汉霆 典型射频电路设计9图四 用串联并联微带线代替电感器和电容器为了在信号端和负载端达到匹配并使滤波器容易实现，需要引入单元组件以便能够应用第一和第二个 Kuroda 规则，从而将所有串联线段变为并联线段。由于这是一个五阶低通滤波器，我们必须配置总共 4 个单位组件以便将所有串联短
10、路线变为并联开路线段。首先，在滤波器的输入，输出端口引入两个单位元件：图五 配置第一套单位元件因为单位元件与信号源及负载的阻抗都是匹配的，所以引入它们并不影响滤波器的特性。对于第一个并联短线和最后一个并联短线应用 Kuroda 准则后的结果如图所示：叶汉霆 典型射频电路设计10图六 将并联线变换为串联线因为这个电路有四个串联短线，所以仍然无法实现。如果要将它们变换成并联形式，还必需再配置两个单位元件。如图七所示：图七 配置第二套单元元件因为单元元件与信号源及负载的阻抗相匹配，所以引入他们并不影响滤波器的特性。对于图七中的电路应用 Kuroda 法则，则可以得到如图八所示的电路，真正能够实现的滤波器设计结果：
