近年來(lái)由于通信技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，工作頻率日益提高，射頻和微波電路得到廣泛應(yīng)用。目前大多數(shù)教材都是面向兩種不同的讀者：

1.具有堅(jiān)實(shí)理論基礎(chǔ)的研究生常常通過(guò)電磁場(chǎng)處理方法進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域。該方法確實(shí)涵蓋了波導(dǎo)和傳輸線方面的知識(shí)，但卻遠(yuǎn)未觸及高頻放大器、振蕩器及混頻器設(shè)計(jì)方面的重要內(nèi)容。

2.對(duì)數(shù)學(xué)和物理的嚴(yán)格性不太感興趣的工程技術(shù)人員則更喜歡采用電路理論來(lái)處理問(wèn)題。該方法不涉及或表面涉及到電壓、電流的波動(dòng)性質(zhì)，而波的反射和傳輸特性是影響射頻電路特性的重要因素。本教材不采用電磁場(chǎng)理論也能講清楚傳輸線原理。這樣除了有物理課程中場(chǎng)和波方面的知識(shí)外，具備基本電路理論及微電子學(xué)方面的知識(shí)即可。本書(shū)主要分析低頻電路和元件當(dāng)工作頻率升高到射頻波段（30MHz~4GHz）時(shí)所遇到的困難和解決辦法，并重點(diǎn)討論橫電磁波（電場(chǎng)與磁場(chǎng)傳播方向正交）的傳輸特性及用微帶線（由特定長(zhǎng)度和寬度的敷銅帶）制成的各種射頻器件的原理和方法。目錄

1、引言

2、傳輸線分析

3、Smith圓圖

4、單端口網(wǎng)絡(luò)和多端口網(wǎng)絡(luò)

5、射頻濾波器設(shè)計(jì)

6、有源射頻元件

7、有源射頻電路器件模型

8、匹配網(wǎng)絡(luò)和偏置網(wǎng)絡(luò)

9、射頻晶體管放大器設(shè)計(jì)10、振蕩器和混頻器第1章引言

1.1射頻設(shè)計(jì)的重要性

本書(shū)的主要目的是提供模擬電路設(shè)計(jì)的理論和實(shí)例，該電路的工作頻率可延伸到射頻和微波波段，在該波段普通電路的分析方法是不適用的，由此引出以下問(wèn)題：

普通電路分析方法適用的上限頻率是多少？什么特性使得電子元件的高頻性能和低頻性能有如此大的差別？趨附效應(yīng)經(jīng)典場(chǎng)理論傳輸線理論被應(yīng)用的“新”電路理論是什么？基于波動(dòng)原理的分布理論這些理論是如何應(yīng)用于高頻模擬電路實(shí)際設(shè)計(jì)的？回顧由低頻到高頻電路的演變過(guò)程，并從物理的角度引出和揭示采用新技術(shù)去設(shè)計(jì)、優(yōu)化此類電路的必要性。一般射頻系統(tǒng)方框圖數(shù)字電路DACLPFPAADCOSCPA模-數(shù)變換器數(shù)-模變換器低通濾波器切換開(kāi)關(guān)本地振蕩器接收功率放大器發(fā)射功率放大器混合信號(hào)電路模擬信號(hào)電路天線混頻器將信號(hào)以電磁波的形式向自由空間發(fā)射。語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)抽樣量化編碼處理或計(jì)算機(jī)信號(hào)移動(dòng)電話2GHz功率放大器第一級(jí)簡(jiǎn)化電路CB100pF8.2pFRFC至第二級(jí)射頻線圈C4VCC3隔直電容級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)電阻C2C1CB隔直電容100pF8.2pFRFCRVBRF阻塞網(wǎng)絡(luò)BFG425W

RF輸入輸入匹配網(wǎng)絡(luò)微帶線為保證最佳的功率傳輸和消除由反射引起的性能變壞，輸入阻抗必須與輸出阻抗相匹配，關(guān)鍵元件是微帶線。輸入和輸出的偏置網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)兩個(gè)RF阻塞網(wǎng)絡(luò)將高頻信號(hào)與DC偏置分離，關(guān)鍵元件是射頻線圈。功率放大器印刷電路板布局了解、分析和最終制造這種PA電路，要涉及許多關(guān)鍵的RF課題。12.7mm在第2章“傳輸線分析”中將討論微帶線的阻抗特性，其定量求解過(guò)程在第3章“Smith”圓圖中介紹。第4章研究將復(fù)雜電路簡(jiǎn)化為較簡(jiǎn)單的組元能力，該組元的輸入-輸出是通過(guò)兩端口網(wǎng)絡(luò)描述。在第5章“濾波器設(shè)計(jì)”中研究特定的阻抗對(duì)頻率響應(yīng)的一般開(kāi)發(fā)策略,簡(jiǎn)述以分立元件和分布元件為基礎(chǔ)的濾波器理論。第8章將深入研究“匹配網(wǎng)絡(luò)和偏置網(wǎng)絡(luò)”的實(shí)現(xiàn)。

第9章介紹“射頻晶體管放大器設(shè)計(jì)”中有關(guān)增益、線性度、噪聲和穩(wěn)定度等指標(biāo)。第10章討論“振蕩器和混頻器”設(shè)計(jì)的基本原理。

1.2量綱和單位

為了理解頻率上限，在自由空間，向正z方向傳播的平面電磁波為：A/mV/m是x方向的電場(chǎng)矢量是y方向的磁場(chǎng)矢量平面電磁波的主要性質(zhì)：1.電磁波是橫波，E和H都與傳播方向垂直；2.E和H互相垂直，且同相位。其中磁導(dǎo)率μ和介電常數(shù)ε與材料有關(guān)，μ0=4π×10-7(H/m)，ε0=8.85×10-12(F/m)

，μr和εr為相對(duì)值。正弦波的等相位面?zhèn)鞑サ乃俣确Q為相速度。根據(jù)經(jīng)典場(chǎng)論，電場(chǎng)和磁場(chǎng)分量的比值就是本征阻抗（波阻抗）：∴TEM波相速：m/sTransverseelectromagneticmode（1.3）在波的傳播方向上，單位距離空間相位kz的變化稱為相位常數(shù)（傳播常數(shù)）：空間相位kz變化2π所經(jīng)過(guò)的距離稱為波長(zhǎng)：橫電磁模:解：自由空間的相對(duì)磁導(dǎo)率和介電常數(shù)等于1例1.1

計(jì)算

f=30MHz，300MHz，30GHz在自由空間電磁波的波阻抗、相速和波長(zhǎng)。波長(zhǎng)：波阻抗：相速：1m1cm10m

1.3頻譜

VHF/UHF就是典型的電視工作波段，其波長(zhǎng)與電子系統(tǒng)的實(shí)際尺寸相當(dāng)，在有關(guān)的電子線路中開(kāi)始考慮電流和電壓信號(hào)波的性質(zhì)。RF范圍：VHF—S波段。MW范圍：C波段以上。電氣和電子工程師學(xué)會(huì)(IEEE)頻譜VLF(甚低頻)3~30kHz100~10km頻段頻率波長(zhǎng)ELF(極低頻)30~300Hz10000~1000kmMF(中頻)300~3000kHz1~0.1kmVF(音頻)300~3000Hz1000~100kmVHF(甚高頻)30~300MHz10~1mLF(低頻)30~300kHz10~1kmS波段2~4GHz15~7.5cmHF(高頻)3~30MHz100~10mUHF(特高頻)300~3000MHz100~10cmSHF(超高頻)3~30GHz10~1cm頻段頻率波長(zhǎng)EHF(極高頻)30~300GHz1~0.1cm毫米波40~300GHz7.5~1mmP波段0.23~1GHz130~30cmC波段4~8GHz7.5~3.75cmX波段8~12.5GHz3.75~2.4cmKa

波段26.5~40GHz1.13~0.75cmK波段18~26.5GHz1.67~1.13cmL波段1~2GHz30~15cmKμ

波段12.5~18GHz2.4~1.67cm亞毫米波300~3000GHz1~0.1mmmicrowave微波:tadiofrequency射頻:

1.4無(wú)源元件的射頻特性在常規(guī)電路中，R與f無(wú)關(guān)，XC=，XL=ωL。

實(shí)際上用導(dǎo)線、線圈和平板制成的電阻、電感和電容，甚至單根直導(dǎo)線或印刷電路板上的一段敷銅帶所具有的電阻和電感都與頻率有關(guān)。如導(dǎo)線的直流電阻：對(duì)DC信號(hào)，傳導(dǎo)電流流過(guò)整個(gè)導(dǎo)體橫截面。在AC時(shí)，交變的載流子形成交變磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)又感應(yīng)一個(gè)電場(chǎng)，與該電場(chǎng)相關(guān)聯(lián)的電流密度與原始的電流相反，在中心感應(yīng)最強(qiáng)，所以導(dǎo)體中心的電阻最大，隨著頻率的提高，電流趨向于導(dǎo)體外表——趨膚效應(yīng)。沿z方向的電流密度：其中是零階和一階貝塞爾函數(shù)，I為總電流1ωCωL/RDC≌a/2δ在高頻條件下(f≥500MHz)，歸一化電阻：R/RDC≌a/2δ

在多數(shù)情況下導(dǎo)體的μr=1，故趨膚厚度隨著頻率的升高迅速降低。δ=(πfμcond)-1/2Jz/Jz0r2a低電流密度電流方向高電流密度a-aσAu=48.544×106S/mσAl=40.0×106S/mσCu=64.516×106S/mδ，mm銅、鋁、金的趨膚厚度與頻率的關(guān)系曲線AuCu1051061071081091040.10.300.40.50.60.70.80.910.2Alf，Hz半徑a=1mm銅線歸一化AC電流密度的頻率特性r，mmJz/Jz010kHz0.20.600.811.21.41.61.820.40.200.30.40.50.60.70.80.910.1100kHz100MHz1kHz10MHz1GHz1MHz其趨膚厚度：歸一化電感：σ在RF和MW電路中應(yīng)用的主要是薄膜片狀電阻，(P22)其等效電路：

1.4