电子科大毕业论文—短波高线性射频功率放大器 - 图文

第2章 射频理论概述

纳参数变得比较抽象。与直接测量入射、反射及传输波概念更加一致的表示是散射参数，即S参数矩阵，她更加适合于分布参数电路。S参数就是建立在入射波、反射波关系基础上的网络参数，适于射频电路分析，以器件端口的反射信号以及从该端口传向另一端口的信号来描述电路网络。同N端口网络的阻抗和导纳矩阵那样，用散射矩阵亦能对N端口网络进行完善的描述。阻抗和导纳矩阵反映了端口的总电压和电流的关系，而散射矩阵是反映端口的入射电压波和反射电压波的关系。散射参量可以直接用网络分析测量得到，可以用网络分析技术来计算。只要知道网络的散射参量，就可以将它变换成其它矩阵参量，下面以两端口网络为例说明各个S参数的意义。

图2-2 两端口网络中的S参数

如图2-2所示，两端口网络中有四个S参数，Sij代表的意思是能量从j口注入，在 i口测得的能量，如S11定义为从Port1口反射的能量与输入能量比值的平方根，也经常被简化为等效反射电压和等效入射电压的比值。 各参数的物理含义如下：

S11：端口2匹配时，端口1的反射系数； S22：端口1匹配时，端口2的反射系数；

S12：端口1匹配时，端口2到端口1的反向传输系数； S21：端口2匹配时，端口1到端口2的正向传输系数。 2.3.4史密斯圆图（Smith Chart）

史密斯圆图是一款应用与电机和电子工程学的图表，主要用于传输线和阻抗

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匹配上。采用双线性变换，将z复平面上的实部r和虚部x两族正交直线变化为正交圆并与反射系数G套印而成。它的基本在于公式（2-3）：

zL?1 （2-3） zL?1??其中的г代表其线路的反射系数，即S参数中的S11，zL是归一负载值，即zL=ZL/ZO（ZL是电路的负载值，ZO是传输线的特性阻抗值，通常会使用50欧姆）。 具体示例见图2-3：

图2-3 史密斯圆图示例

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第2章 射频理论概述

图中的圆形曲线代表电阻抗的实数值，即电阻值；中间的横线与向上和向下散出的曲线则代表电阻抗的虚数值，即由电容或电感在高频下所产生的阻力，当中向上的是正数，向下的是负数。图最中间的点（1+j0）代表一个已匹配（matched）的电阻数值（ZL），同时其反射系数的值会是零。图的边缘代表其反射系数的长度是1，即100%反射。在图边的数字代表反射系数的角度（0-180度）和波长（由零至半个波长）。有一些图是以导纳值来表示的，把上述的阻抗值版本旋转180度即可。

2.4典型的射频系统示例

为了能够更加清楚地了解整个射频电路，我们来分析下图2-4所示的一个典型的射频系统：

图2-4 典型的射频系统

这个系统的典型应用时移动电话和无线局域网（WLAN）。图中所示的整个方框图称为收发信机，因为它包含了发射机和接收机电路以及用单个天线进行通信。在这个配置里，首先对输入信号（声音或从计算机传来的数字信号）进行数字处理。例如输入信号时声音信号，正像在移动电话中的情形，则先转换为数字形式，然后压缩，压缩的目的是为了降低传输时间；最后为了抑制噪声和通信误码，要进行适当的编码。

输入信号经数字处理后，再通过数模变换器（DAC）回到模拟形式。该低频信号与本地振荡器提供的高频载波信号组合后，被功率放大器（PA）放大，然后再到天线，天线的任务是将此编码的信息作为电磁波向自由空间发射，这就是整

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个射频系统的工作过程。

现在我们集中讨论上图中的发射机PA，对于移动电话来说，这就是一个2GHz的射频功率放大器，也就是本次课题所研究的主要对象，这里先对它进行一个大致的了解，其详细电路图如下：

图2-5 典型的射频功率放大器

我们注意到输入信号是通过一隔直电容进入输入匹配电路的。晶体管一般采用共发射机结构其输入阻抗必须与位于功率放大器前面的混频器的输出阻抗匹配。为了保证最佳的功率传输和消除由反射引起的性能变坏，这种匹配时必须的。此外级间网络匹配也是必须的，该网络是对晶体管的输出阻抗和功率放大器的第二级输入阻抗进行匹配。高频时，这些元件显示出独特的电特性，明显地不同于低频集总参数的电路元件。我们也注意到晶体管输入和输出部分的偏置网络，它是通过两个RF阻塞网络将高频信号与DC偏置分离的，该部件其重要作用的是射频线圈（RFC）。

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