接收前端组件的研究与设计
摘要
随着无线通信技术的不断发展，作为无线通信系统中的重要组成部分接收机，
它的应用范围越来越广泛，覆盖了包括移动通信、卫星通信、广播电视、雷达、电子战等各个领域
本课题来自电子科技大学成都赛英科技有限公司，主要包括1．5GHz-1．6GHz 的开关放大器和5．3GHz-5．9GHz的限幅放大器两部分。1．5GHz．1．6GHz的开关放
大器的开关部分为弹载机提供3路切换信号，按飞行时序使用机载天线、弹顶天线、弹尾天线，5．3GHz．5．9GHz的限幅放大器要能承受20W的功率要求，低噪声
放大器都要满足噪声系数、增益、输入输出驻波比的要求。
本文首先介绍了课题的背景和意义，发展动态及论文的主要工作。然后详细
介绍PIN管工作特性，以及它在微波开关和限幅器中的工作原理。接下来叙述了低噪声放大器(LNA)的主要技术指标以及设计方法。随后详尽论述了本课题中
的1．5GHz"-"1．6GHz的单刀三掷开关放大器和5．3GHz"5．9GHz限幅放大器具体的
设计方案，性能指标的实现以及在设计与实现中应该注意的问题，经测试后，达到了指标要求。
关键词：接收前端，低噪声放大器(LNA)，PIN管，开关，限幅器
Abstract
Abstract
Receiver is one of the important parts of the wireless communication system．With
the development of wireless communication technology,receiver has been widely used
in the fields of mobile communication,satellite
communication,broadcasting and
television communication,radar,dcctronic warfare and others．
The subject comes from Chengdu Sine Science and Technology Lt止mainly including 1．5GHz-1．6GHz switching amplifier and 5．3GHz-5．9GHz limiting amplifier．
The 1．5GHz一1．6GHz switching amplifier pro稍嚣three switching signals，and the
5．3GHz-5．9GHz limiting amplifier can receive 20w pulse power．The low noise
amplifiers in the two projects have to meet the requirements of noise figure,gain,and
input and output voltage standing wave ratio．
At first,the designing principle of the critical devices of RF(radio
蛔uency)
front-end receiver is introduced in tlliS paper．Then the operational characteristic of PIN．
and its application in microwave switch and limiter is represented．After
ma乞the main
technological index and designing mothed of LNA(10w noise amplifier)are demonstrated．Subsequently,the scheme of the switching amplifier with the fxcquency
range 1．5GHz"-'I．6GHz and the limiting amplifier、析廿l the frequency range 5．3GHz～
5．9GHz，the realization of performance indices，and some questions which must be
paid attention in the module design are presented．Finally,the testing results are given
and meet the index requirements．
Keywords：receiver front-end，Low-noise amplifier(LNA)，PIN，switch，limiter
第一章绪论
1．1 课题提出的意义、背景及国内的发展动向
1．1．1 课题提出的意义、背景
1891年，法国人爱杜阿德·布朗利发明了粉末检波器，但他没有看到粉末检波器的实际应用。根据粉末检波器的原理，俄国人波波夫制作了一台雷雨指示器的接收机，但这台接收机没有天线，所以应用范围有限。意大利人马可尼也制作出了一台接收机，并且他发现在接到他的接收机的导线末端加上大的金属板，接收机的接收距离便可大大增加，后来马可尼改进了粉末检波器，于1899年完成了跨越英吉利海峡的通信，接着又成功穿越了大西洋。1906年美国海军将军顿乌迪发明了晶体检波器，用它制造了灵敏度更高的石英接收机。后来由于福莱明真空管和德福雷斯三极管的出现，石英接收机被美国无线电工程师阿姆斯特朗发明的再生式接收机代替。1918，阿姆斯特朗利用真空三极管作本地振荡器社、混频器和射频信号放大器，发明了超外差式接收机，它将接收到的射频信号与本振信号混合后，产生一个固定的中频信号，该中频信号再经福莱明真空管检波得到所要的音频信号。1948年美国贝尔实验室的肖克莱、巴丁和布拉坦发明了晶体三极管，取代了电子管的，1959年美国的基尔比和诺伊斯又发明了集成电路，从此微电子技术诞生了，接收机的体积也越来越小。超外差式接收机是现代接收机的主要形式【11。
随着以电子技术、微处理技术进步为基础的无线通信技术的快速发展，作为
无线通信系统中的重要组成部分接收机，它的应用范围越来越广泛，需求量越来越大。
在民用方面，接收机主要应用于移动通信、卫星通信、电视广播等。移动通
信实现了人们不受时间和空间的限制进行通信，适应了现代信息社会的需要。目前正在全力开发和实施的第三代移动通信，其主要特点是无缝全球漫游、高速率、高频谱利用率、高服务质量、低成本和高保密性等。卫星通信系统已经成为世界电信结构中的重要部分，并一直在为全球几十亿人提供着电话、数据和视频等业务。卫星通信具有覆盖范围广、建设速度快、建设费用低、抗灾能力强、机动性-1．
能好、业务种类多等优点。
在军用方面，雷达技术作为一项重要的军事高科技在国防现代化建设的发展
过程中日益成熟，其在战场上发挥的作用也将越来越大。现代雷达要求接收机具
有高灵敏度和宽工作频带的性能以保证雷达整机的探测威力和较强的抗干扰、反侦察能力。超外差式接收机以其成熟的技术和优异可靠的性能成为雷达接收机的主要形式。而且随着数字理论和器件技术的不断发展，传统的模拟超外差接收机开始向数字超外差接收机模式过澍2】【3】。
1．1．2低噪声放大器的发展态势
低噪声放大器是现代无线通信、卫星收发设备、雷达、遥测遥感、电子对抗、微波测量仪器仪表等电子系统中的接收机必不可少的重要部件。
微波双极性晶体管放大器，由于其具有体积小、质量小、耗电省以及较好的
噪声增益性能曾被广泛使用；但是由于其特征频率．厅有限，在3GHz以上性能下降很快。
砷化稼微波场效应管(GaAsFET)在1971午问世以后，很快就在卫星通讯和微
波中继等领域中被广泛使用。针对脉冲尖峰能量击穿和峰功率烧毁问题，采取保护措施(如加设前置开关、限幅器)并改进工艺，提高FET抗烧毁等能力后，
G。彳。尼丁便广泛应用于雷达接收机之中。FET为两端口器件，测得其S参数后，可按成熟的网络理论进行匹配网络设计。目前，GaAsFET实现在20％相对带宽范围内稳定工作已不是难点，采用微波CAD技术以后，它在倍频程、多倍频程带宽内已可获得优良的性能。又因FET特别适合于在GaAs衬底上实现微波单片集成
电路(MMIC)，所以，目前正在得到广泛的应用，且性能也在不断提高。自20世纪90年代，出现了GaA sFET的改进型——高电子迁移率场效应管(HEMT)或称异质结构效应管(HFET)，与FET相比较，其噪声系数更低，增益和工作频率更高，且同样与MMIC兼容。通过改进工艺和不断提高性能，它已逐步主宰了微波和毫米波段的低噪声放大器。
20世纪90年代，在国外，美国GE公司生产的低噪声放大器已经可以达到最
高频率为94GHz。在国内，南京电子器件研究所研制的GaAsFET MMIC和PHEMT MMIC，其器件水平已与国外20世纪90年代末的器件水平相当【221。
．2．
第一章绪论
1．2 项目系统任务
本课题来自电子科技大学成都赛英科技有限公司，包括1．5GHz．1．6GHz的开关放大器和5．3GI--Iz．5．9GI--Iz的限幅放大器。本项目在公司中进行研制的，公司具
有先进齐全的高频与微波测试设备，如网络分析仪HP8720B，噪声系数测量仪HP8970B，高频信号源HP8657D。本论文对接收机前端的开关、限幅器、低噪声放大器(LNA-Low Noise Amplifier)进行了理论研究和设计。
作者的主要工作有：
1)搜集查找设计中所涉及的各元器件和集成电路芯片资料，进行比较分析和
选择。
2)确定设计方案，并用ADS软件对电路进行仿真优化．
3)根据设计和优化结果，完成具体电路的设计、PCB板布局制图。
4)对最终指标及性能参数进行测量并记录。
5)根据实践，提出了设计与调试中应该着重注意与必须考虑到的问题，同时
给出解决方案。
．3．
第二章PIN二极管控制电路的理论基础
在通信、雷达和其他微波系统中，常常要求对信号的传输进行控制，因而出
现了各种类型的微波控制电路，如微波开关、微波限幅器、电控衰减器和数字移相器等。目前微波控制电路中较多地采用PIN管作为控制器件，它具有较大的功率容量、损耗小、体积小、正反向偏置下能得到近似短路和开路的特性【4】。2．1 PIN二极管的基本原理
2．1．1 PIN二极管的结构
PIN二极管与通常的半导体二极管不同之处在于PIN管的结构是在重掺杂的
P+和矿之间加入一个未掺杂的本征层I层构成的，如图2．1所示。实际上不可能真正实现I层，只能使杂质含量足够低，如果中间层是低掺杂的P型半导体，称为P槲管；如果中间层是低掺杂的N型半导体，称为PvN管，这种管应用较多。
图2．1 PIN管空间电荷区
PIN管的封装形式很多，例如有双柱型、螺纹管座型、弹丸型、带状线型、微
带线型及梁式引线型等，它们的封装参量不同，承受的功率容量也不同‘51。2．1．2 PIN二极管的特性
2．1．2．1 直流电压作用下的工作特性
1．_____PIN管零偏压时的特性
．4．
第二章PIN二极管控制电路的理论基础
理想PIN结与PN结类似．在零偏压时，由于扩散作用，P层的空穴和N层的
电子分别向I层扩散，然后在I层复合而消失。与此同时，靠近I层边界，在P区和N区内分别建立带负电和带正电的空间电荷层，空间电荷层(又称耗尽层)的电场
阻挡电子和空穴继续向I层注入，而在开始瞬间注入两种载流子由于复合而消失，故I层保持本征不导电状态，其电场分布是均匀的，且PIN管处于不导通状态。实际上由于材料和工艺上的原因，不可能得到纯粹的本征层，多少含一些杂质，因此理想的I层是不存在的。现以PvN管为例，示出杂质和空司电荷分布图．如图2．2所示。
由于I层含有少量N型杂质，I层和P+层边界两侧形成PN结。又因P+区的
掺杂浓度远高于I(v)层的浓度，因而PN结的空间电荷层的宽度基本上取决于
I(v)层内空间电荷宽度。固2．2(b)表示零偏压时空间电荷分布图。一般情况下，ICv) 区中部分为耗尽层w，—部分为未耗尽区∞咖。由于I“)层杂质浓度低，所以
耗尽区很宽，PIN管呈现高阻。同时，在零偏压下，I层杂质不一定全部被电离，因此出现未耗尽区(D咖。这充分说明PIN管的待性与外加偏压有关系。
掺杂浓度
匡
2．PIN管反向偏压时的特性
如果在PIN管两端加反向电压，则空间电荷层范围扩大(即耗尽区展宽)，反向
电流很小。当反向电压增加致使整个I区都变为耗尽区时(即N型载流子都被清除)，
称为“穿通状态"。此时对应的反偏压称为穿通电压或扫清电压。管内空间电荷分
布如图2．2(c)。此时PIN管阻抗比零偏时更大。当反偏电压大于穿通电压后，耗
尽
层进一步扩展，但进入载流子浓度很高的P+和矿区内的部分是很窄的，可忽略不计。因此在穿通后，阻抗近似不变。
3．PIN管正向偏压时的特性
PIN管两端加正向偏压时，P+v和vN+两个结都是正偏，P+区空穴和矿区电子
分别向I(v)区注入．由于I层本身载流子浓度极低，因此靠注入的空穴和电子互相
提供复合的载流了。它们边复合边扩散，掉直流偏压维持注入，形成一个稳定的载流子分布。因此宏观上电流不断地流过PIN管，PIN管呈现低阻。外加电压越大，正向电流也越大，电阻降低。
2．1．2．2 微波频率下的工作特性
以上分析了PIN管在直流偏置电压下的工作特性，可以看出它与PN结相似，
但在微波信号工作下呈现不同的特性。图2．3是PIN管在正反偏压下，微波信号作
用于PIN管的特性。
图2．3直流和微波信号同时作用于PIN管
1．PIN管处于直流正向偏压下
设正向偏置电流为厶，I层中储存电荷为Qo。电荷绕的数值可这样近似地求．6．
第二章PIN二极管控制电路的理论基础
得：设载流子寿命为：f，Qo以均匀的速度复合，在时间f内变为零，则复合电流，即蜴的变化率为Qo乃。为了维持Qo不变，则外加偏置电流厶，应与Qo肛相等，即：
此式即为I层中储存电荷和正向偏置电流的关系式，即储存电荷与偏置电流成正比。
现在考虑加入微波信号的情况，如图2．3所示。设微波信号电流为
‘
若Io“‘，，此时从图2．3．表面上看，似乎在微波信号的负半周管子内将无电流通过，处于截止状态，其实不然，因为在厶作用下，I层中已储藏电荷Qo，只要微波频率足够了，即负半周时间足够短，I层中仍储藏有足够的电荷维持管子的
导通状态。
例如当厂为10GHz(T为o．1ns)，若f为5us，Io为o．1A，‘为50A，则因f>>T，虽然有厶“厶，由于Q0=Iof及Ql≈三‘，Qo>>蜴。由此可见，负半周I层电
荷的减少IQ,只是正向偏流所对应的I层电荷储藏量Qo的很小一部分，因而不影响导通状态。
这表明，很小的正向偏置电流，可使PIN管在很大幅度的微波电流作用下保
持正向低阻的导通状态。
2．PIN管处于直流反向偏压■。1
由于I层没有直流注入的电荷，微波信号正半周注入的电荷来不及形成导通，
很快又全部被负半周抽出，因此不论微波信号的正半周还是负半周加在PIN管上，o．，7-
PIN管都是不能导通的，在整个微波信号周期内呈现高阻状态。
由此可见，PIN管仅在直流(或低频)正向偏压下导通，这时PIN管类似于一个
线性电阻，对于微波信号正负半周都是导通的；当处于直流(或低频)反向偏压下时，
在整个微波信号周期内都是不导通的。而且，直流(或低频)控制电压(电流)可以很
小，但能控制很大的微波功率传输的通与断，这是PIN管广泛用于微波控制电路的重要原因之一。
综上所述．PIN管在直流电压作用下，零偏压时呈现高阻；反向偏压时阻抗加大，正偏时呈现低阻，且偏流越大，阻值越低。在微波信号作用下管子的阻抗主要取决于直流偏置的极性和大小，而与微波信号幅度几乎无关。因此，可以利用小功率(直流)改变PIK管在微波电路中的阻抗，以控制微波信号功率，如用作微波
开关、电调衰减器、移相器等控制元件。
此外，在零偏压下PIN管I区载流子浓度低、阻抗高，当加入微被信号后，
随着信号幅度增大，则由于正半周注入载流子．负半周又未来得及“吸出一的I 区载流子，逐渐积累而使I区电阻值减小，这就形成微波信号幅度足够大时，PIN 管阻抗显著变小。利用此持性可制成限幅器或微波信号对I层电导进行调制。当然，
微波信号的作用远不如直流偏流的控制那样有效，但这是微波限幅器的基本原理【6】
【刀。．
2．1．3 PIN二极管的等效电路
通过以上对PIN二极管特性的分析，得出PIN二极管在正向偏置时呈现低阻
抗特性，在反向偏置或零偏置时呈现高阻抗特性，下面就分别对两种偏置下的电路进行讨论。
2．1．3．1 正向偏压下PIN管管芯等效电路
PIN管在正向偏置状态下的等效电路，如图2．4所示。其中，R，为I层的电阻；C，为I层边界上的电荷储存所引起的电容，是结电容和扩散电容之和，但近似等于扩散电容。扩散电容是注入载流子在I层边界上产生的储存所引起的电容，远大
于结电容。当偏置从负向转为正向后，由于P、N区载流子向I层注入量随正向偏置电压加大，结电阻尺，很快由几兆欧以上减为1欧以下；而C，的量级为几个P 法，
即使在微波频率下其容抗远大于只，，故可忽略，而把R，和R。归并为一个正向电阻
R，。尺．是P、N层体电阻和电板接触电阻等构成的串联损耗电阻，其值很小，在
．8．
第二章PIN二极管控制电路的理论基础
1欧左右。因R，正向电阻随偏置电流增大而很快下降，一般PIN管，当偏流为几十毫安时，RJ减小到几欧姆这时只，的值不能忽略。因此，R厂的值约等于
RI=R，+R。Rs的数值随正向偏流厶增大而减小，在正向偏置的情况下一般不
超过Q的量级。
RI I
图2．4 PIN管在正向偏置状态下的等效电路
2．1．3．2 反向偏压下的PIN管管芯等效电路
在反向偏置状态下，PIN管的电路较为复杂，现加以区分，即I层未穿通和穿
通的两种情况分别讨论。
cj
R=是
(a)PIN反向未穿通的等效电路(b)PIN反向穿通的等效电路
图2．5 PIN管反向未穿通等效电路和反向穿通等效电路
1)当反向偏压较小而I层未穿通时的情况，其等效电路如图2．5(a)所示。
整个I层分为耗尽区和非耗尽区，耗尽区在图中以电容C，和尺，并联来等效。耗尽区的并联电阻R，非常大，可以达到MD．以上，可以忽略，而C；之值小于lpF。非耗尽区在图中由电阻R和G电容的并联电路来等效。其中R约为几千欧量级，
这是因为其中非耗尽层中含少量载流子，故其电阻比耗尽区的小，而G之值也是小于lpF。R。仍然表示P+和Ⅳ+区的小电阻和引线产生的电阻之和。
2))当反向偏压较大I层穿通时的情况，其等效电路如图2．5(b)所示。
当I层穿通后，非耗尽区不存在，R，的数值变得非常大，可将它忽略。其中
反向电阻R=尺。，而C，代表以P+和矿层为极板，以I层为介质的平板电容器的电容。I层穿通后，继续增加反向偏压，I层耗尽层宽度不变，因而C，之值也不变。
在实际工程应用中通常使用的PIN管管芯等效电路作一个简要的归纳，如图
2．6所示。为了便于理解，在PIN管正偏和反偏两种情况下，我们通常就是图中两
种简化电路来等效P矾管。
‘a)芷向简化电路‘b)反囱简化电路
图2．6工程中PIN管正反偏压等效电路
2．1．4 PIN二极管的主要参数
正向电阻(R，)：在给定正向偏置电流下，PIN二极管的等效微波电阻。PIN二
极管正向偏置时，微波电阻随偏置电流增加而减小。一般手册中给出lOmA或
100mA偏置时的微波等效电阻值。
反向电阻(R，)：在反向偏置电流下，PIN二极管的等效串联微波电阻。PIN二
极管反向电阻一般小于正向电阻。
结电容：在近似穿通条件下，PIN二极管的结电容。
．10．
第二章PIN二极管控制电路的理论基础
开关截止频率：结电容电抗值等于正、反向电阻几何平值时的微波信号频率。丘2丽1 (2-4)
式中，C为反向穿通时的电容。PIN管作开关元件时，希望．疋远比厂高。提
高丘的手段是减少C、Rr、尺，。通常为丘几百兆赫兹。
反向击穿电压：PIN二极管所能承受的最高反向电压。有些手册中给出反向电
流为luA时所加的反向偏压，此偏压一般小于反向击穿电压。
热阻：在理想条件下，PIN二极管消耗单位微波功率所引起的结温增加值。热
阻的单位为℃脚。
载流子寿命：指I区载流子的平均寿命。假定载流子复合过程是随机的，其寿
命即为I区载流子浓度下降到1／e所经历的时间。
功率容量：当PIN管工作于脉冲情况时，其功率容量要受限于反向击穿电压
及最大允许的电流值。另外，管子的平均功率容量和散热情况有关，可通过加大结面积、减小I层厚度以及改进电路结构的方法予以改善。
开关时间：PIN管正、反向状态转换所需要的时间，通常希望它尽量短。它与
载流子寿命、激励电路以及所承受功率有关，当PIN管所承受功率增加时，开关时间会随之增加，这是实际中应综合考虑的问题【9】。
2．2 PIN二极管开关的理论基础
利用偏压使PIN管工作于正向和反向状态，就可控制微波电路的通断而构成
微波开关。PIN管开关电路按功能分为两种：一是通断开关，如单刀单掷开关(Sinslc-Polc SingIc．11ⅡD计一SPST)，作用只是简单地控制传输系统中微波信号的
通断；另一种是转换开关，如单刀双掷开关(Shglc-Pole Doublc-Throw—SPDT)、单刀多掷开关，作用是使信号在两个或多个传输系统中转换。按PIN管与传输线的连接方式，分为串联型、并联型以及串并联型三种，这与所采用的PIN管结构形式有关，三种电路各有特点。
2．2．1 P玳二极管开关的工作原理
2．2．1．1 单刀单掷(SPST)开关的工作原理
最简单的单刀单掷开关，英文缩写为SPST，它有串联和并联两种基本形式，
如图2．7所示。利用偏置使PIN二极管工作于正偏或反偏状态，就可以控制微波电
路的通断而构成微波开关【101。
-—--——|-·-----●。
强)串联型tb)并联型
图2．7单刀单掷开关的基本电路
对于串联型SPST，当二极管加正向偏置的时候，二极管导通，其阻抗很低，
接近于短路，开关就接通；当二极管加反向偏置时，二极管不导通，其阻抗很高而接近于开路，因而开关断开。
对于并联型SPST正好相反，当二极管加正向偏置的时候，由于二极管导通的
时候阻抗很低，接近短路，并联支路相当于一个短路面，可以把微波信号反射回去，从而使开关断开；当二极管加反向偏置时，二极管阻抗很高，接近于开路，并联支路近似于断开，微波信号就可以通过。
对单刀单掷开关的基本要求是：开关导通时的哀减要尽可能小；断开时的哀
减要求尽可能大。对于理想的开关，前者为零，后者为无限大。一船只能要求两者比值应尽量大、有时又把前者称为开关的插入损耗，把后者称为开关的隔离度，此外还要求工作频带尽量宽【ll】。
2．2．1．2 单刀双掷(SPDT)开关的工作原理
最简单而又最常用的单刀多掷开关就是单刀双掷开关，英文缩写为SPDT，主
要在通信、雷达、电子对抗、测量等系统中完成信道转换的功能。图2．8给出了单
刀双掷开关的基本电路形式，图中箭头方向表示微波信号的传输方向。在并联型开关中．两个PIN管Dl和D2分别并接于离分支接头点四分之一波长处。如果Dl 处正向导通状态(近似短路)，D2处于反向截止状态(近似开路)，则通道A无功率
通过。因为从接头参考面向通道A看，输入阻抗为无限大，而通道B由于D2处．12．
第二章PIN二极管控制电路的理论基础
近似开路，故不影响功率通过。这时，输入端的微波信号全部从B通道输出，反之，当D2导通DI截止时，输入信号全部从A通道输出。显然，在串联型开关中，当D1导通D2截止时，通道A为导通通道而B为断开通道；当D2导通Dl截止
时，B为导通通道，而A为断开通道。由此可见，只要控制DI、D2的工作状态，就能使信号在两条不同通道中换接，实现单刀双掷的功能[71。
以上分析可以看出，单刀双掷开关的工作原理和单刀单掷开关基本相同，实
际上就是两个单刀单掷开关的组合，工作的时候一般是一个单刀单掷开关导通，另一个单刀单掷开关截止，这样就可以使微波信号根据系统要求进入不同的信道。
另外，按照系统的需要，两个单刀单掷开关还要不断地同时切换状态，也就是一个开关从导通变为截止，另外一个从截止变为导通，从而实现了微波信号在两路信道的转换。
一个理想的单刀双掷开关，要求信号在导通通道上衰减为零，在断开通道上
隔离度为无限大。由于PIN管的工作状态不可能达到理想的导通和截止，所以双掷开关其导通通道插入衰减实际上并不为零，断开通道的隔离度也不是无限大。主生
●开关时间尽可能短。
·开关容量(即最大开关功率)满足要求
·工作频带足够宽。
·导通时输入电压驻波比较小。
2．2．2．1 插入损耗与隔离度
对于开关的基本要求是：当开关接通时，传输损耗尽可能小，这种损耗称之
为插入损耗或插损：开关关断时的衰减尽可能大，也就是说隔离度高；工作带宽满足要求等【s】。
微波开关的插损或隔离度定义为
L=只／兄(2-5)
或者k=1019(￡／置) (2—6)
式中：￡表示信号源所产生的最大资用功率，即信号源与负载匹配时所产生
的功率；置是当PIN管存在时负载所得的实际功率。如果兄是在开关接通状态下求得的负载功率，则代表插损，如果吃是在开关隔离状态下求得的负载功率，则代表开关的隔离度。一般希望PIN开关的插损小而隔离度大，即开关断通衰减比越大越好。
设开关网络可用散射参量S来表征，且假设开关是插在匹配信号源和匹配负
载之间，根据散射参量的定义有
阮12=危／P． (2．7)
因此，插损与隔离度还可以用散射参量表示为
L啦=1019(P．IP,)=lolds2l|．2 (2．8)
开关插损和隔离度的具体数值决定于PIN管性能及电路类型与结构。
在2．2．1．节，我们介绍了单刀单掷(SPST)开关的串联并联电路形式，它们的．14．
第二章PIN二极管控制电路的理论基础
等效电路图如图2．9：
‘苫巴色C兰童由
一乏—+
：和●—1—，—'
氖毛
(a)串联型
厶l 毛
(b)并联型
根据散射矩阵的定义，求得串联型与并联型开关的归一化散射矩阵为
趾睦za2*2卦i壶k】c删，㈣，
s=lL孝-vo+2者)'0+2 JI=上YD+2阳肋】(并联型) (2加)
串联型与并联型的插损和隔离度计算式分别为
LaB=lOlg-m-≦r叫竽|2=10，爿·+刮2 c串㈣仁Ⅲ
LaB=lOlg m1-与，I删爿学12=10·爿·+纠2 c并蛐亿埘
对串联和并联型的分析是类似的，以并联型开关为例进行分析。当PIN管加
反向偏压时，电路处于传输状态，此时二极管导纳为
圪=卜去)-l ㈣
通常q。的容抗远大于冠，所以有
因此Yo=YDzc≈j托jozc
(2—14)
(2—15)
2础-{1+(孚)2]㈣6，
同理，当PIN管加正向偏压时，传输线被短路，输入与负载被隔离。此时有
％=1／R， (2-17)
YD=Zc／Rf (2A8)
开关的隔离度为
Lda=101ql+刊p柳
设PIN管的参数为Cjo=3．5pF， R厂=足=1Q，传输线特性阻抗为50Q，
工作频率为f=2GHz，则可求出LdB(插损)≈O．1dB，LdB(隔离)≈28．3dB。2．2．2．2 开关时间
开关时间是指开关从断开到闭合状态以及从闭合到断开状态所需的时间，它
是电控开关尤其是微波开关的重要指标17]。
PIN管实质上是一种特殊的电荷存储器件，当它从截止状态转向导通状态时，载流子从P+层和矿层向I层注入。当它从导通状态转向截止状态时，大量载流子从I层逸出，存储电荷的变化都需要一定的时间才能达到稳定状态，即需要一个过
程，这个过程所需要的时间就是开关时间。开关时间既和PIN管的性能有关，又和开关的控制电流有关。图2．10示出了开关电路框图，由脉冲发生器供给驱动器
方波电流，作为开关的控制信号，波形如图2．10所示。要研究开关时间，必须知
道开关时间与脉冲控制电流之间的关系。
．1每
第二章PIN二极管控制电路的理论基础
J l}(p
厶一毛一!．&～!
一一●一一-
●●
D，1 ^
图2．10开关电路框图
(1)从截止到导通的开关时间。
设在截止状态时，I层中的储存电荷为0。当PIN管所加偏压突然变正，便有
载流子不断注入I层，与此同时，注入的载流子在I层也不断复合。设注入的电流为Zo，则I层的电流方程为
掣=厶一半(2-20)
式中：Q(t)为I层中t时刻的电荷量：f为载流子寿命。
设t=o时，Q(o)=0，则式(2—20)的解为
Q(f)=lor[1一exp(-t／r)】(2．21)
式中：厶f为完全导通时储存在I层电荷的稳定值。
由式(2—21)可见，Q(t)达到稳定值的90％所需的时间是2．3 f。对快速开关而
言，需选用载流子寿命f较小的P矾管。
(2)从导通到截止的开关时间。
PIN管偏置电压极性突然反向，控制电流由Io突然转向，I层的存储电荷厶f一
方面开始逸出，一方面继续进行复合。单位时间内I层电荷的减少量等于单位时间
内从I层流出的电荷星与复合量之和。I层电流方程为
一了dQ(t)：IR+盟(2-22) 班f
式中：，置是反向电流。t=O时，Q(0)=Ior，解方程式(2—22)可得
QO)=lotexp(一t／r)+I足f【白【p(一t／t)一l】(2．23)
此方程只有在t=o Nt=‘时间内成立。t=ts时有
Iorexp(一t／r)+1月f【eXp(一t／r)一1】=o (2．24)
所以tI=tin(1+In|1 0 (2—25)
式中；t，是I层存储电荷由Ior减小到0所需的开关时间。由式(2-25)可知，，置大可减小开关时间。
总之，PIN管的f小，反向偏压大且源内阻小，开关驱动器的控制电流JP、J。大，可使开关时间缩短。一般PIN管从截止到导通的正向恢复时间比从导通到截止的反向恢复时间小，因此开关时间以反向恢复时间为标志。
2．2．2．3 功率容量
开关的功率容量与PIN管的功率容量和开关电路的结构有关，PIN管的功率
容量受限制的主要因素为管子导通时所允许的最大功耗及管子截止时反向击穿电
压。当PIN二极管导通时，微波开关的功率容量主要受限于PIN管的功耗；当PIN 管截止时，功率容量的限制因素是反向击穿电压【12】。
例如在连续波工作状态，单管并联型及串联型电路示意图如图2．11所示。图
-18-
第二章P烈二极管控制电路的理论基础
巾R暑为佰号源内阻，Z工为负载，Zo为传输线特性阻抗。当输入微波信号幅度为吒
时，信源资用功率为
只=旦8Zo (2·26)
PIN管导通时，等效电阻Rf，并联型电路中，管子的吸收功率为
B=杀每㈣
设％为PIN管最大允许功耗，因此可求得并联型开关PIN管导通时的功率容
量为：
。％芋厶㈣
同理可求得串联型开关在PIN管导通时的功率容量为
和％芋气弘29，
PIN管截止时呈现高阻抗，此时z，>>Z。，加在管子两端的反向电压为匕／2。设加在管子两端的电压等于反向击穿电压％，匕／2=％，因此并联型开关在PIN 管截止时的功率容量为
气3=堕2Zo (2-3。)
同理可求得串联型开关在PIN管截止时的功率容量
‰=堕8Zo (2-31)
比较式(2—28)、(2_30)和式(2--29)、(2__31)，PIN管在正、反向偏压状态下，
开关功率容量不等，而且开关电路型式不同，功率容量也不一样。对某一种电路型式，取其厶较小者。
RI
Ik DL』』’f
～ F ．一l
ZI
(4) 尺---g口一Z‘ (6)
(n)并联盟； (^>串联盟
ZL
图2．1l 单管并联型及串联型电路
一般来说，工作频率升高，PIN管的I层面积和厚度都应该减小。面积减小，
使I层电容减小，可以保证低功耗；厚度减小，使I层电荷吸出加快，可以保证高开关速率。但是这二者都将使功率容量下降。在微波低频端，功率容量对微波脉冲而言可以达到千瓦级，而微波高频端只能达到瓦级。
2．3 PIN管限幅器的理论基础
在雷达等微波发射接收系统中，为防止发射机的功率直接泄露到接收机而烧毁，接收机前加上限幅器，使限幅器的门限电平小于接收机能承受的烧毁功率，这样便
保护了接收系统【13】【14】。很幅器特性曲线如图2．12所示：
J；囊时出力T号王
r'-I儆1】五辅砌卑
图2．12微波限幅器特性曲线
．20-
第二章PIN二极管控制电路的理论基础
2．3．1 PIN管限幅器的主要技术指标
限幅电平：在输入功率超过某一数值后，衰减显著增加，输出开始稳定。此
一输入功率值称为限幅电平或限幅门限值。接收机上用的限幅器，要求限幅电平很低，不超过10．20毫瓦；扫频仪上用的限幅器，限幅电平根据输出功率要求决定。
衰减：在输入功率小于限幅电平时，衰减应尽可能小，否则将降低接收机灵
敏度。
隔离度：当加入较大的微波功率时，限幅器能产生的极限衰减值称为隔离度。如果隔离度高，意味着限幅范围大，即使输入功率很大时，也能维持恒定功率输出。
频带特性：对于宽带器件例如扫频仪上的限幅器，要求在宽的范围内限幅电
平变动很小，否则在扫频时输出将不恒定。
平坦泄漏功率：是在脉冲信号工作时，输出脉冲前沿有一个漏过功率很强的
尖峰，然后转入平坦区，也就是限幅门限电平。
尖峰能量：在输出脉冲前沿的脉冲尖峰极窄，只要尖峰的总能量不太大，晶
体管只是瞬时击穿，仍可以恢复。
恢复时间，是在脉冲信号刚结束时，PIN二极管中I区的空穴和电子浓度不会
立即消失，而是呈指数衰减，在这一时间内，限幅器隔离度仍然很大。当隔离衰减量恢复到比低电平时插入损耗值大3dB以内时，这段时间为恢复时间。恢复时间和所加脉冲峰值功率成线性正比例。
2．3．2 PIN管限幅器的工作原理
PIN管限幅器不是通过对射频信号整流，使射频信号削波产生限幅作用，而是
通过射频信号对I层导电性调制产生限幅作用。一旦I层建立起电荷储存，其导电率增加，对射频信号的正、负半周都起限幅作用。它不像整流限幅器那样需要两个正反并联的二极管，仅需一个PIN二极管就够了【引。
P玳管限幅器的原理电路及限幅过程如图2．13所示。当PIN管在直流被扼流
线圈短路(等效于零偏压)并有高电平微波电压激励时，在射频信号正半周，空穴和
电子分别从P层和N层向I层注入。这些载流子还未通过I层时射频信号负半周．．21．．
已经开始。在负半周，注入的载流子大部分被吸出，这期间从P和N区注入的载流子有些可能在I层中间相遇，产生复合，或者它们与I层的杂质载流子复合，因而负半周被吸出的载流子少于注入的载流子。结果就有细小的空穴流和电子流进入I层，I层就有电荷储存。经过几个射频周期后，I层电荷储存达到平衡并在以后的射频周期内保持不变。由于I层储存电荷，PIN管呈现出很低的微波阻抗，使大的射频信号受到限幅，限幅过程如图2．13所示。在I层电荷建立的过渡周期，PIN管尚未导通，其微波阻抗甚高，信号受到的衰减很小。此后，I层建立起稳定的电荷储存，I层导通，PIN管的微波阻抗很低，射频信号受到大的衰减，产生限幅作用。
限幅器在工作状态下，偏置电压为零伏，当外加微波信号很小时，微波对零
偏置的I层原有载流子浓度影响不大，PIN仍处于高阻状态，限幅器对微波信号没有衰减。当微波信号的幅度比较大时，在正半周向I层注入载流子，在负半周由于
载流子寿命较长，来不及复合，且反向电流又不足使载流子全部吸出，此时在整
个微波周期内，I层上就相当于实际积累了一定浓度的载流子，增大了对微波信号
的衰减。
严格地说：任一微波信号都影响PIN管的阻抗，但只有当外加微波功率很大
时，才有较为显著的阻抗变化。为使管子对功率反应比较灵敏得到较低的限幅电平，必须把PIN管的I层做得尽量薄，其厚度通常只有几个微米，称为薄基PIN 管。因此若要限幅门限电平较低，就需要采用I层较薄的管子，但I层薄的PIN限幅器，承受功率能力会降低。
■
出
信
号
D
ln。W-’，
霄讣h竹．一
U．．U ，y，妙弘一
图2．13 PIN管限幅器电路及限幅过程
．．22．．
第二章PIN二极管控制电路的理论基础
当I层宽度W远小于载流子扩散长度时，PIN管I层电阻R，近似表示为
R，：业’
201，
式中，Rf：I层电阻；
w：I层宽度(um)；
厂：微波频率(GHz)；
‘：微波产生的电流均分根值(A)。
(2-32)
微波输入信号对I层的电导调制作用比直流要弱得多，只有足够大的微波信号
时才能出现限幅作用【16】。
PIN限幅器在电路设计时，必须注意要对PIN管提供直流通路。因为注入I
层的两种载流子(电量相等)连续不断地复合，它产生一个直流电流在外电路流通(其方向与二极管的正向电流相同)。如果外电路没有电流通路，I层得不到载流子
补充，I层就建立不了储存电荷，PIN管不会导通，将失去限幅作用。
2．3．3 PIN管限幅器电路
(1)微带式限幅器
微带形式限幅器如图2．14所示，两只PIN管分别安装在介质基片的孔中。一
极直接安装在金属地板上，另一极用软带金丝线压焊，与微带线构成跳线式联接，同时跳线金丝作为串联电感，对PIN管的电容进行补偿f15】【161。
弋‘弋
图2．14微带形式限幅器及其等效电路
-23．
当微波输入信号功率很小时，PIN管处于零偏置状态，呈现为电容q。两个
跳线的电感‘和q组成T型网络的等效阻抗等于微带特性阻抗Zo，则小信号时
PIN管等效为匹配传输线，限幅器可以获得良好驻波比。要求的跳线电感应满足：zo-再(2·33)
(2)加匹配电阻的级联限幅器
加匹配电阻的限幅器电路结构如图2．15(a)所示，两个相隔入／4而并联安
装的限幅管，并在前面的一个限幅管Dl上串联一个50欧姆电阻，则构成了输入驻波比很小的级联限幅器fll】。
i0Q l Ⅳq
P 卯a r ] 1 r 抛L
【
一—-啼
D1．'
P
—--——◆
(a) 电路结构图(b) 未限幅时的等效电路
(c)限幅时的等效电路(d)限幅状态的输入阻抗
图2．15匹配负载的级联限幅器
当输入功率P很小而未达到限幅功率时，D1、D2均处于高阻状态，因而两并
联支路接近于开路，此时等效电路如图2．15(b)所示，相当于一段无反射的传输线，输入功率几乎完全输出。当功率逐渐增加以至超过限幅功率时，二极管阻抗随着输入功率开始逐渐减小，输出功率为限幅门限电平。其等效电路如图2．15(c) ．24_
第二章P矾二极管控制电路的理论基础
所示，由于和二极管D1串联了一个50欧姆的电阻，可使限幅器在限幅过程中，也保持一个小的输入驻波比，其原因可从其等效电路中看出。设限幅器的负载阻抗是50欧姆，负载阻抗与第二个管子的阻抗并联后，其总阻抗为：
z’=面50．iZa (2-34)
50+Z．
、7
经过214传输线，折合到第一个管子Dl处的等效输入阻抗为
z。：等：—50(50—+Zd)(2-35)Z 。
50·a Zd
50+zd
第一管子的并联支路，其总阻抗为(Z一50)欧姆，与Z。并联后，得限幅器总
的输入z-电黜阻570。Z。?．7、(50(,)U-'l一'-LdJ、掣Z Z + d+ 2气n^7‘一兰堕!旦±兰生1
50(50+Zd)2 ：—jI：509) (2．36)
(50+Zd)2
正好与传输线的特性阻抗匹配。事实上，即使两个管子D1、D2完全相同，
由于处于不同的功率下，它们的阻抗也不完全相等。在较大的功率输入时，D2由
于直接并联于传输线而先开始导通，由于连接处呈现一低阻而产生一电压波节，故在Dl处得电压波腹，而使该处的电压比行波情况升高将近一倍，因而DI也开始导通。因两管的阻抗总会有一些差异，使得限幅器的输入阻抗不完全等于50
欧
姆，但仍然可在较宽的频带范围和较大的功率范围内，使输入驻波比保持在1．5以
下。
(3)3dB电桥限幅器
3dB电桥限幅器具有输入输出驻波特性好的优点。如图2．16所示，它使用一
个3dB的90。耦合器和两个相同的限幅二极管。当低电平功率输入时，它被平分在两个二极管电路中。由于这时二极管阻抗很高，两平分臂的负载近于开路。故绝大部分功率被反射回去，由于3dB电桥的幅度和相位特性，两平分臂反射回来的功率叠加后，几乎全部从隔离臂输出，在输入臂上的反射甚微，这时的输出功．．25．．
率与输入功率相差很少，所以输入驻波比较小。在高电平功率输入时，它也被平分在两个二极管电路中，由于这时二极管阻抗很小，两平分臂吸收功率，故分来的功率便大部分消耗在匹配负载zo中，输出的反射功率很小，而在输入臂中两者仍然相抵消。故这时既能获得限幅作用，又能保证输入端匹配。由于电路的对称性，输出臂也必然是匹配的。所以3dB电桥限幅器的输入输出驻波较好【15】【171。P输
P输
r
L ■L I I
3血，，rI I
电桥■Ll I
_量』，，r I I
图2．16 3dB电桥限幅器
除了用PIN管制作限幅器，还可以用肖特基势垒二极管、变容二极管限幅但
是这两各限幅器的功率容量都非常有限。
．．26．．
第三章低噪声放大器(DM)的理论基础
第三章低噪声放大器(LNA)的理论基础
低噪声放大器是无线通信、雷达、电子对抗、遥测遥控等系统的接收机前端
的重要组成部分，用于放大所接收到的微弱射频信号。因此，对低噪声放大器的基本要求是：噪声系数低、足够的功率增益、工作稳定可靠、足够的带宽等。此外，在不同的应用情况下，可能对其体积、重量、耗电量等等提出限制性要求【18】。3．1 低噪声放大器的主要技术指标：
3．1．1 噪声系数
噪声系数是低噪声放大器一个非常重要的指标，用来描述放大器本身产生噪
声电平大小的一个参数。放大器本身产生噪声电平的大小，对所传输的信号，特别是对微弱信号的影响是极其重大的【191。
噪声系数的物理含义是：信号通过放大器之后，由于放大器产生噪声，使信
噪比变坏，信噪比下降的倍数就是噪声系数。
噪声系数用公式定义如下：
n授(3-1， s吣|N嘲‘
式中，瓯、．K分别是低噪声放大器输入端的信号功率和噪声功率；
S刚、％分别是低噪声放大器输出端的信号功率和噪声功率。
通常情况下，F>I：当放大器不产生噪声时，F_l。显然F表征了接收机内部
噪声的大小，F值越小越好。
噪声系数用分贝数表示为：
加甲(d曰)=1019F (3-2)
含有电阻的任何一个电子元器件产生的热噪声，其有效噪声功率为
．．27．．
P=kTAf (3-3)
k：玻耳赫曼常数，k=1．37x 10-23(J／K)；
T：以K(绝对温度)为单位的温度值，常温下T=T0=290(K)；
Ⅳ：频带宽度；
为了降低放大器的噪声系数可以采取以下措施：(1)选用NF小的晶体管。目
前，砷化镓金属半导体场效应管(MESFET)的噪声系数低到0．5 dB-～ldB。最近发
展的HEMT高迁移率砷化镓场效应管，NF可小到0．2dB(与工作频率有关)。(2)为低噪声放大器管按最小噪声系数选择输入匹配网络，把源阻抗转换成最小噪声系数阻抗Rsopt。(3)正确选择放大器直流工作点。(4)选择合适的工作带宽，要让信
号通过，又不能太宽，使信噪比恶化㈨。
对于多级系统级联的情况，这时需要根据各级电路的增益和噪声系数计算总
的噪声系数：
肚E+等+嚣+．．??． pQ
3．1．2放大器的增益
增益是表示放大电路对有用信号的放大能力，单级放大器的简化电路如图3．1。r，rl I’2 l'厶
图3．1单级放大器的简化电路
放大器的功率增益有以下几种：
1)实际功率增益GP
GP的定义为负载所吸收的功率(罡)与信号源传送到放大器输入端口的功率(只)之比，即：
．．28．．
第三章低噪声放大器(LNA)的理论基础G尸=鲁=龋p5，
GP与晶体管S参数及负载反射系数有关，也就是说，实际功率增益只与输出
端匹配程度有关，而与输入端匹配程度无关。
2)转换功率增益Gr
Gr定义为负载吸收的功率B与信号源输出的资用功率弓。之比。q=毫=鬯瓣r,I 仔6， 1 丑。ll—s：： 211一Z互12 、’
由(3-6)式可以看出，Gr不仅与S参量有关，而且还与源反射系数Z，和负载
反射系数瓦有关，即它的大小与输入和输出端的匹配程度有关。
3)资用功率增益Gd
瓯定义为放大器输出端口的资用功率最。与信号源输出的资用功率丑。之比。也就是网络输出端共轭匹配(疋．=Z)时的转换功率增益。G。=EP2口=Gr]瓦。弓=Kf二j等≥告i毛；{一c3—7， G4仅取决于S参量和源反射系数，即只与输入端
匹配有关而与输出端无关
【4】【2l】
o
在一般情况下，对同一放大器件而言，GP>Gr、Go>Gr，只有当放大器的
输入端口和输出端口都同时实现共轭匹配时，才有GP=Gr=q。
3．1．3放大器的稳定性
如果放大器不稳定而产生自激，则不仅使有用信号功率减小，而且传输的信
息失真，甚至根本无法放大，有时还导致有源器件的损坏。因此，研究放大器的稳定性是设计放大哭的一个重要问题。根据稳定的程度不问可以分为两类：(1)绝对稳定或无条件稳定。其含意是负载阻抗Z工和信号源阻抗互可以任意选择，放大器均能稳定地工作。
．2qL
(2)潜在不稳定或称有条件稳定。共含意是负载gfl抗z￡和信号源阻抗zJ不能任意选择，否则放大器就可能发生自激。这时Z。和Z，的选择是有限制的，只能在特
定的范围内选择，放大器才不致产生自激。
放大器绝对稳定的判定条件为式(3．8)和(3．9)同时满足：七=!尘瞥>·取：稳定性因子，c3．8，
IAI=IS。。％一墨：s：．I<1 (3—9)
如果在工作频段内，放大器处于非稳定状态，则可以在放大器的不稳定输入
口或输出口增加一个串联或并联的电阻，但是根据噪声系数级联公式可以看出，输入端口的电阻对噪声系数恶化较大，所以通常采取在输出端口串联或并联一个电阻的方法来稳定放大器【231。
3．1．4放大器的驻波比
放大器的输入输出驻波为：
坯喊=矧(3-lo)
VSWR。,d=制(3-11)
低噪声放大器主要指标是噪声系数，其输入匹配电路是按照噪声最佳来设计，这样的结果是偏离了驻波比最佳的共轭匹配状态，因而驻波比不会很好。另外，晶体管的增益特性大体上是按每倍频程6dB(即6dB／Oct)规律随频率升高而下降，
为了保证增益平坦度，在输入匹配电路和输出匹配电路都是无耗电抗性情况下，只能采用低频端失配的办法来压低增益，这样，端口驻波比将随频率降低而升高。在工程中，为了获得良好的驻波比，可以增加铁氧体隔离器，但在输入口，由此带来的损耗将增大整机噪声【24J。
3．1．5 PldB输出功率压缩点
低噪声放大器在小信号工作时，其功率增益保持不变，但随着输入信号的不．30．．
第三章低噪声放大器(Un)的理论基础
断增大，放大器进入非线性区，这时功率增益将随输入增加而逐渐下降，当增益下降到比线性增益低ldB时，所对应的输出功率即定义为ldB压缩输出功率异扭，如图3．2所示。所以通常在选取低噪声放大器器件时要保证它的丑扭大于所要输出
的最大功率，否则放大器会饱和【20】。
，魄t
‰
图3．2毋扭输出功率压缩点
3．2 低噪声放大器的电路设计
3．2．1 偏置电路的设计
场效应晶体管可以采用单电源供电和双电源供电两大类型。单电源自给偏压
偏置缺乏灵活性，且源极不能直接到地，影响增益和噪声性能，还容易自激。双电源偏置需要正负两组电源同时供电，但可以分别进行调节，使放大器工作于最佳状态。双电源偏置电路如图3．3，单电源偏置电路如图3．4所示。本课题中的低
噪声放大器采用的就是双电源偏置电路。
圪％
图3．3双电源偏置电路
．31．
图3．4单电源偏置电路
对于工作频率较高的电路可以选择1／4波长的高阻抗微带线代替偏置电路中
的高频扼流圈，其终端用电容或扇形线对射频短路，则射频信号在场效应晶体管端口处开路。要满足更宽工作频率范围要求，应该选择高性能的电感和电容【191[231。
3．2．2稳定性设计
高频段FET都存在着内部反馈，当反馈量达到一定强度时，将会引起放大器
稳定性变坏而导致自激【24】【251。
放大器的绝对稳定条件为：七=!坐铲>·取：稳定性因子，c3．t2，
IAl=l墨．S22一墨：S：．I<1
即要满足：k>1且l△I<1。
(3-13)
改善微波管自身稳定性可以采取如下几种方法：
1)串联阻抗负反馈
为改善微波管自身稳定性，对于场效应管可以在的源极和地之间串接一个阻
抗元件，从而构成负反馈电路，对于双极晶体管则是在发射极经反馈元件接地。在实际的微波放大器电路中，电路尺寸很小，外接阻抗元件难于实现。因此．．32．．
第三章低噪声放大器(LNA)的理论基础
反馈元件常用一段微带线来构成。实际电路结构如图3．5所示。FET是陶瓷封装，，画斜线的部分是FET原有的栅极引线和漏极引线。FET有两个源极引出线，两个源极各通过一小段微带线接地，该负反馈微带线相当于电感性元件的负反馈。接地方式是在微带基板上穿孔，孔壁金属化，使微带和底面地金属层连通，这样就能形成对称的串接微带负反馈电路。
(a)安装结构(b)等效电路
图3．5 串联负反馈的微带电路
2．采用铁氧体隔离器
在放大器处于潜在不稳定状态时，则要求信源及负载应该具有良好的50欧姆
阻抗性能。但是往往天线只能在工作频带内达到较小的反射系数，而在频带外就难于保证指标．尤其频率低端更难达到要求，而微波放大器又容易在低频端自激。采用宽频带铁氧体隔离器将是一个有效措施。铁氧体隔离器应该加在天线与低噪声放大器之间。
3)稳定衰减器
n型阻性衰减器是一种简易可行的改善放大器稳定性的措施。衰减器由片状
电阻构成，也可以专制成集成式的薄膜电阻衰减器。n型衰减器通常接在低噪声放大器末级输出口，有时也可加在低噪声放大器内的级间。由于衰减器是阻性衰减，不能加在输入口或前级的级间，以免影响噪声系数。在不少情况下，放大器输出口潜在不稳定区较大，在输出端加n形衰减器对改善稳定性相当有效。
4)低端增益衰耗电路
在放大器频带外增益出现不易消除的增益尖峰时，比如在工作频带外的低端，可以用图3．6所示的衰耗电路。在主微带线上并联一段长度为1的细微带，再接以
扇形短路器。
．33．
(a)
图3．6改善稳定性的吸收网络
微带线的长度z为
，，=丑(3-14)
4
式中五。是工作频带高端波长。图3．6(a)中分支线121 A点对高端频率是开路面，没有微带电流。在此处串联电阻R，对高端频率无影响，而对工作频带外的低频率，A点不再是开路面，因而有电流损耗，可以压低增益；图3．6(b)是把衰耗电阻
并联在扇形线口的B点，对高端频率无影响，而对带外低频是分路衰耗电阻。衰耗电阻值可取为30'---,50f2。
3．2．3 匹配电路设计
在源和负载之间插入一个无源匹配网络，可以使负载阻抗与源阻抗相匹配，
从而实现最大的功率传输。这种无源匹配网络不仅可以进行阻抗变换达到匹配而实现理想功率传输，还具有减小噪声干扰，提高功率容量和提高频率响应线性度等功能【231。
通常，在GHz频段的低端及更低频段，采用分立元件网路容易分析，而GHz
以上频段，分立元件的寄生参数效应就变得更加明显，且分立元件只能是一些标称值，限制了它们在高频电路中的应用。此时，我们通常采用微带线和微带短截线等分布参数元件来代替分立元件而构成匹配网络。
1)分立元件的匹配网络
结合工程设计中要采用最低的成本和最可靠的方法实现系统要求，双元件网．34_
第三章低噪声放大器(LNA)的理论基础
络可以说是最简单、可行的匹配网络。这种网络采用两个电抗性元件将负载阻抗(z。)变换为需要的输入阻抗(z由)。这两个元件与负载阻抗及源阻抗一起，可以构
校园网设计与规划 目录 第一章需求分析..................................... 错误!未定义书签。 1.1校园网实施背景............................... 错误!未定义书签。 1。2网络应用需求................................ 错误!未定义书签。 1。3网络性能得需求 (2) 1、4校园网信息点总体分布?错误!未定义书签。 第二章网络总体设计................................. 错误!未定义书签。 2、１设计思路................................... 错误!未定义书签。 ２。2网络架构分析............................... 错误!未定义书签。 2。3校园网网络整体得三个层次.................... 错误!未定义书签。 2.４校园网得设计原则?错误!未定义书签。 2、4、1可靠性原则........................... 错误!未定义书签。 2、4.2经济性原则?错误!未定义书签。 ２、4.3先进性原则?错误!未定义书签。 2.4.4安全性原则............................. 错误!未定义书签。 2、4。5可扩充性原则......................... 错误!未定义书签。 2、５校园网核心设备、线缆选型................... 错误!未定义书签。 2.5。1校园网网络结构图..................... 错误!未定义书签。 2。5。2核心层交换机设备选?错误!未定义书签。
实验三射频前端发射/接收机 1、实验设置的意义 由电子元器件可以构成各种功能电路，由这些功能电路按照一定的原理和要求又可以组成各类电子设备，各类电子设备按照入网要求和组成方案可组成网络或系统。元器件与电路、电路与设备以及设备与系统之间的关系是局部与整体的关系。 射频通信系统一般由发送装置、接收装置和传输媒质组成。发送装置包括换能器、发送机和发送天线三部分。其中发送机将电信号变换为足够强度的高频电振荡，发送天线则将高频电振荡变换为电磁波，向传输媒质辐射。本实验就是为了在压控振荡器实验和射频调制器实验的基础上，从整体角度了解和掌握射频发送机的原理和性能，巩固和加深对理论知识的理解，培养系统实验和测试技能 2、实验目的 2.1、了解射频发送/接收机的基本组成； 2.2、利用频谱仪测量射频发送/接收机的主要技术指标。 2.3、测量射频接收机前端的灵敏度。 3、实验原理 3.1、射频发射机原理 射频通信设备一般包括收发信机、天线设备(含馈线)、输入输出设备(如话筒、耳机等)、供电设备(如直流稳压电源)等等。其中主要组成部分是收发信机，因而射频通信设备的技术指标通常指的就是射频收/发信机的技术指标。 一般来说，收信机与发信机在体制上是相同的，如在频段划分、调制解调方式等要求相应一致，否则便不能达到通信的目的。在某些情况下，也允许收发信机存在某些不相对应的差异，如收信机的频率范围可以宽于发信机等。 射频发送设备的功能是将所要发送的信息(又称基带信号)经调制，将频谱搬移到射频上，再经过高频放大到额定功率后，馈送到天线发送到空间去。
射频发送机模块由VCO和功率放大器组成，它的模块方框图如图3－1所示。其功能是将所要发送的信息（又称基带信号）经过调制后，将频谱搬移到射频上，再经过高频放大，达到额定功率之后，馈送到天线，发送到空间去。 发送机的主要技术指标有工作种类、调制方式、频率范围、频率稳定度及准确度、输出功率、效率、杂散辐射等。下面对相关技术指标予以简介:发送机的工作种类指电话、电报，模拟、数字等。调制方式主要分调幅、调频和脉冲（数字）调制等。发射机的工作频率是指发射机的射频载波频率。发射机的频率准确度与频率稳定度也是相对于射频载波而言的。频率准确度是指实际工作频率对于标称工作频率的准确程度。频率准确度越高、建立通信就越快，以至于不寻找对方就可实现通信，提高通信的快速性。频率稳定度是指各种外界因素的影响下发射机频率稳定的程度。如果频率稳定度很高，建立通信后接收机不需要因频率变化而进行微调，从而提高了通信的可靠性。射频通信的有效距离及通信的可靠性均与发射天线的辐射功率有密切的关系。因而发射机必须保证输出足够大的功率。发射机的总效率是指发射机传送到天线馈线上的功率与整机输入功率的比值。在大功率发射机中，提高效率可以减小电源消耗，具有较大的经济意义。发射机的带外辐射统称为杂散辐射，如果发射机设计不当或使用不当，会使杂散辐射电平过高，干扰其他通信链路。当发射机使用宽带天线且带宽覆盖这些杂散频率时，干扰会更严重。为了尽量避免发生这种干扰，有关的规程和标准对发射机的杂散辐射都给出了一定的限制 3.2、射频接收机原理 射频接收机前端是射频接收机的关键部分，这里对此进行简单介绍。 (a)、最简单的射频前端结构 接收机前端电路有几种不同的结构。图3-2给出了一种最简单的形式。这种结构无射频放大器，在带通滤波器之后，只有混频器和本机振荡器。带通滤波器的输入来自天线，其
2.4GHz ISM射频前端模块的设计及应用 2.4GHz工业科学医疗设备(ISM)是全世界公开通用使用的无线频段，蓝牙( Bluetooth)、 Wi-Fi、ZigBee等短距离无线数据通信均工作在2.4GHz ISM频段。 针对2.4GHz ISM频段无线应用，锐迪科微电子公司推出了RDA T212射频前端模块。T212芯片集成了功率放大器( PA)、低噪声放大器( LNA)、天线开关(Antenna Switch)和功率检测器(Power Detector)，并特别增加PA带通及LNA带通的省电功能，内部还针对天线端做了 ESD保护设计。T212芯片采用标准的 QFN 3×3mm2超小型封装，输入和输出已集成隔直电容和匹配电路，外围元件仅需少量滤波电容，极大地简化了PCB设计。 高集成度、超小尺寸并提供省电功能的T212射频前端模块，在手机蓝牙以及802.11.b/g扩展应用中大有可为。同时，T212芯片还具有优异的线性度，支持Bluetooth 2.0的高速率应用。 T212模块的性能 T212射频前端模块内集成的功率放大器采用先进的砷化镓异质结双极晶体管( GaAs HBT)工艺制造，低噪声放大器和天线开关采用增强型高电子迁移率场效应晶体管( E-PHEMT)工艺制造。尽管没有采用差分PA的形式，但是T212依然为客户提供了差分输入管脚，从而使客户不需要再关心差分转单端的设计。 T212集成的功率放大器是一款高线性高效率PA，在2.4GHz~2.5GHz频段内有20dB增益，线性输出功率为18dBm时的三阶交调IM3小于-30dBc。PA的静态工作电流可低至10mA，饱和输出功率可达23dBm，功率附加效率高达45%，这么高的效率有助于延长供电时间。
2.4GHz收发系统射频前端的ADS设计与仿真 0 引言 近年来，随着无线通信业务的迅速发展，通信频段已经越来越拥挤。 1985 年美国联邦通信委员会(FCC)授权普通用户可以使用902MHz，2．4GHz 和5．8GHz 三个“工业、科技、医学”(ISM)频段。ISM 频段为无线通信设备提 供了无需申请在低发射功率下就能直接使用的产品频段，极大地推动了无线通 信产业的发展。虽然目前无线数字通信技术已经相当成熟，但射频设计仍然是 移动通信设计的瓶颈。射频电路的设计主要围绕着低成本、低功耗、高集成度、 高工作频率和轻重量等要求而进行。ISM 频段的射频电路的研究对未来无线通 信的发展具有重大的意义。国内外许多文献都对此作了研究，文献[2]中介绍了 在无线高速数据通信环境下，2．4GHz 发射机的设计。文献[3]介绍了一种低功 耗的CMOS 集成发射机的设计。 ADS(AdvancedDesignSystem)软件是Agilent 公司在HPEESOF 系列EDA 软件基础上发展完善的大型综合设计软件。它功能强大能够提供各种射频微波 电路的仿真和优化设计广泛应用于通信航天等领域。本文主要介绍了如何使用ADS 设计收发系统的射频前端，并在ADS 的模拟和数字设计环境下进行一些 仿真。 l 发射端的建模与仿真 由于设计是建立在实验室中已有的中频调制和解调的硬件基础上的，因 此发射端和接收端不考虑信号的调制和解调过程。实验室中的中频调制模块可 以输出大概8～10dBm 的40MHz 已调中频信号，经过分析选择，该发射端的 各个模块均参考MAXlM 公司的集成模块的参数而设计。本地振荡器采用的是MAX2700。MAX2700 是压控振荡器，通过设计合适的外围电路可以使它输出
毕业设计(论文） 题目校园网的规划与设计 姓名学号 计算机网络工程专业级班指导教师 201３年4月1２日 校园网的规划与设计
摘要 随着计算机网络技术的发展，校园网建设已取得了可喜的进展,校园网的建设改变了传统的教学模式、教学方法、教学手段。促进了教育观念、教学思想的转变，大大拓展了教师和学生的视野。校园网网络系统是一个非常庞大而复杂的系统,它不仅为现代化教学、综合信息管理和办公自动化等一系列应用提供基本操作平台，而且能够提供多种应用服务,使信息化及时准确的传送给各个系统，而校园网工程建设主要应用了网络技术中的重要分支局域网技术来建设与管理的。 因此，本毕业设计课题将校园局域网建设过程中主要能用到的各种技术及实施方案为设计方向，为校园网的建设提供理论依据和实践指导。 关键词：校园网、局域网、网络设备选型、布线系统 ?目录 前言?ＩV 第一章校园网需求分析 (5) １.３校园网络系统设计方案和网络设备应满足如下需求?2 1.4 系统集成所共同遵循设计原则和共同追求设计目标 ............................................... ２第二章校园网设计方案?３ 2．1设计要点?３ 2.２网络系统设计综述 (3) ２.２.1 校园网主干................................................................................................... ３ 2.2.2 系统功能规划 (4) 第三章IP地址与VLAＮ规划 ............................................................................. ５ 3.1 校园网计算机分布分析?５ 3.3 ＩP地址分配及VLAＮ划分?６ 第四章网络设备选型?8 4.1 交换机 (8) 4．2 路由器....................................................................................................................... １5 4.3 防火墙?２2 ４.4 传输介质?２４ 第五章综合系统布线 (25) ５.1 设计目标?2５ ５．2 综合布线系统组件 (25) 25 5.3 综合布线系统设计的原则? ５.4 综合布线系统测试 (26)
分类号编号 ******** 学院 毕业论文（设计） 校园网的规划与设计 Campus network planning and design 申请学位：工学学士 系别： 专业： 班级 姓名： 学号： 指导老师： 2012年 05 月 20 日 校园网的规划与设计 姓名： 导师： 2012年 05 月 20 日 ******毕业论文（设计）任务书 院（系）：电子信息与计算机科学系
[摘要]在当今的社会，信息成为了社会经济发展的核心因素，因而可以说当今社会已经步入了信息社会。我国各地正加紧建设数字化校园, 校园网建设的热潮正日渐兴盛。建设校园网已经成为了学校办学条件现代化的重要标志。要培养面向21世纪的高素质人才，高效、智能的校园网是每个高校都必不可少的。 本设计从校园网络的研究背景入手，通过对校园网络的需求分析、设计原则、设计目标的表述，表明了校园网建设的必要性和可行性。利用校园网拓扑图清晰反映了了校园网的具体规划，并具体列举了建设校园网所需的设备、协议及结构。另外，本设计考虑到了校园网的安全问题，顾列举了几个保护校园网络安全的途径方法。最后，总结列举了一下校园网对于学校教学及管理的积极作用，强调了建设校园网的重要意义。 [关键词]校园网；设计原则；设计目标；设备；安全 [Abstract] Nowadays, we have stepped into the information society, information become the core factor of social and economic development, information has become the world trend, the construction of network are gradually warming in our country, many areas and the construction of campus network school school running conditions as the symbol of modernization. The school set up a high efficiency intelligence, and the office and teaching automation computer campus network, is the development of the 21 st century construction talent of urgent need. This design from the research background of campus network, through the analysis of the demand of campus network, principle of design, and the expression of objectives of design, and shows that the campus network construction of necessity and feasibility. Use of campus network topology graph clearly reflect the specific planning it campus network, and specific lists the campus network construction for equipments, agreement and structure. In addition, this design is considered campus network security, gu list some protection campus network security approach. Finally, the paper lists the campus network for the school teaching and management of the positive role, emphasized the important meaning of the construction of campus network. [Key words] Campus network; Design principle; Design goal; Equipment; security 目录 绪论......................................................................... 1. 校园网建设背景............................................................ 1.1项目概况 ............................................................. 1.2校园网建设的必要性和可行性 ........................................... 2. 需求分析.................................................................. 2.1 系统功能需求......................................................... 2.2系统性能需求 .........................................................
校园局域网规划 网络工程071 200780124106 常幸飞 摘要：校园网是学校内部的专用网络，它的根本目的是为学校的教学、科研和管理提供先进实用的计算机网络环境，为学校的发展、全球信息资源的共享服务。目前，我国的校园网正飞速发展，大部分高等院校已经有自己的校园网并且实现了如教务管理、办公自动化、一卡通等多方面应用，利用校园网可以进行学校之间及学校内部各部门之间、教师与教师之间、教师与学生之间、学校与技术单位之间等多方位、多层次的交流，达到了以信息服务为主的校园网建设目标。 关键词：校园网；资源共享；办公自动化 Abstract: the campus network is the dedicated network at school, its primary purpose is for school teaching, scientific research and management with advanced practical computer network environment and offer the global information resource sharing service for the development of the school .Nowadays, with the high pace development of China's campus network, a majority of colleges and universities have their own campus network and fulfilled multiaspect of application, such as academic affairs management, office automation, one-card etc.We can have multiaspect and multilevel communication between different schools,depart-ments of schools,teachers,students and teachers, schools and skill units and so on, by making use of the campus network. Reaching the goal that the primary construction of the campus network is the information service. Key words：Campus Network；resource sharing；office automation 一．校园网的发展过程 随着互联网的不断发展，网络已经融入到我们的生活和学习当中，高校校园网做为一个成功应用的实例，给学校的教学及管理带来了新的方式，成为学校教育活动的发展平台，因此也成为教学和管理中不可或缺的一部分。 我国高校校园网的发展可分为三个阶段：第一个阶段是大部分学校没有网络设备阶段，我国已经基本渡过这个阶段。据不完全统计，我国现在大学校园网的覆盖率已经达到100%。第二个阶段是学校网络设备处于比较杂乱的阶段，我国现有高校的大部分校园网都处在这个阶段。第三个阶段是学校的校园网可以提供一个高效、安全的平台，为高校的教育事业发展提供良好的条件。这个阶段也是我们校园网发展的更高目标。校园
第一章：项目概述 一、项目名称：邯郸县第一中学校园网络规划设计 二、项目背景：邯郸县第一中学校园，校园占地104.65亩，教学楼两栋，宿舍楼2栋，食堂2个，超市1个，60个教学班。 三、项目目标：建立好整个校园网,以及维护好整个校园网，规划好设计好整个校园网，以及对校园网的施工和综合布线。以及后期的维护。 四、项目内容： 1.学校目前主要的网络应用包括文件共享服务，打印服务，财务管理，未来将实施应用，把各大分校区连接在一起，形成网络一体化，新增邮件服务. 2.添置新的系统，完成教学的信息的采集、处理、查询、统计。对学校行政、人事、财务、工资、资产、档案、宿舍的管理，以及提供必要的查询，并打印结果。 3.校园接入网络后，新增服务 4.接入中国教育科研网. 5．校园网要求实现组播业务。 6. 系统应有高可靠性、安全性、可维护性和可扩充性，要具有良好的用户界面。 7.子网分布：教育管理子网，图书馆资源子网，财务子网，科研子网，软件资源子网【容量800G 收录的视频1000G】 第二章：网络需求分析 一、校园网络应提供以下功能： 1、接校内所有教学楼、办公楼中的。 2、支持约1000用户浏览网站。 3、提供受存取权控制的文件、档案查询服务。 4、提供学校自己的管理信息系统（）。 5、提供图书，文献查询与检索服务，增强校图书馆信息自动化能力。 6、建立，共享教学资源，建立,便于办公，建立网络教学高速通道，达到网络教学，公共信息资源在线查询系统，以及成绩查询系统。
二、校园网对主机系统的主要要求： 1、主机系统应采用国际上较新的主流技术，并具有良好的向后扩展能力； 2、主机系统应具有高的可靠性，能长时间连续工作，并有容错措施； 3、支持通用大型数据库，如、等； 4、具有广泛的软件支持，软件兼容性好，并支持多种传输协议； 5、能与互联，可提供互联网的应用，如浏览服务。 6、支持网络管理协议，具有良好的可管理性和可维护性； 三、校园系统设计方按应满足如下要求： 1、网络方案应采用成熟的技术，并尽可能采用先进的技术； 2、合理分配带宽，使用户不受网上“塞车”的影响，主教学楼使用接入，带宽大约10 ,需要能接入因特网，以及校园网； 3、应充分考虑未来可能的应用，如桌面将承受大型应用软件和多媒体传输需求的压力； 4、该网络方案要具有高扩展性。能为用户未来数目的扩展具有调整、扩充的手段和方法； 5、该网络应是面向连接的，能够实现虚拟网（）连接； 6、考虑对用户现有网络的平滑过度，使学校现有陈旧设备尽量保持较好的利用价值； 四、校园网对网络设备的要求： 1、性能；；所有网络设备都应有足够的吞吐量； 2、可靠性和高可用性；应考虑多种容错技术； 3、可管理性；所有网络设备均可用适当的网管软件进行监控、管理和设置，采用国际统一的标准； 五、系统集成所共同追求的设计目标： 1、建成一个具有高可靠性和开放性的校园网络，它应支持流行的等网络管理协议； 2、采用上的标准协议协议，提供校园内部及面向全球的服务、服务、服务、电子邮件服务，实现与国际互联网的完全接轨； 3、同时它还应具有支持通用大型数据库的功能，支持多种协议，具有良好的软
重庆大学城市科技学院 课程设计报告书 课程名称：《局域网络组建与设计》课程设计专业班级：计算机科学与技术2007级（1）班组号： 组长： 组员： 指导教师：张娟 二○○八年 12 月 19 日 重庆大学城市科技学院专科学生课程设计任务书
目录 课程设计服务书 (2) 一、引言与目标 学院概况 (5) 组网目标 (5)
二、用户需求分析 用户网络环境分析 (5) 用户业务需求分析 (6) 网络功能需求分析 (6) 校园基础应用平台 (6) Internet网功能 (7) 安全与管理需求 (7) 实用与经济性 (7) 三、技术需求分析 路由技术 (7) 交换技术 (7) VLAN技术 (7) 远程访问技术 (7) 防火墙技术与 (7) 链路聚合技术 (8) 四、拓扑结构设计 整体设计流程 (8) 主干网设计 (9) 拓扑结构设计 (9) 分层化设计 (9) 网络冗余设计 (10) 总体拓扑图设计 (11) 五、物理设计与选型 交换机选型 (12) 路由器选择 (12) 传输介质选型 (12) 服务器选择 (12) 需求项目一览表 (13) 应用需求一览表 (13)
计算机平台需求 (13) 子网（Vlan）划分 (14) 六、无线局域网设计 无线局域网的优点 (15) 无线局域网设计 (16) 无线网卡 (16) 接入点AP (16) 无线网络控制器 (16) 无线局域网模型 (16) 城域WLAN设计 (17) WLAN AP配置 (17) 七、性能测试与估 (18) 八、总结与体会 (19) 九、参考文献 (19) 十、组成员分工情况 (19) 一、引言与目标 学院概况： 重庆大学城市科技学院是经国家教育部批准设立的一所以本科教育为主的综合性全日制普通高等学校。学院是按照教育部相关文件的有关规定，采用新的机制和模式运行的独立学院，由重庆大学实施对学院的教学管理和质量监督。学院充分利用重庆大学的雄厚师资力量，选聘具有较高教学水平和学术水平的教师任教。学院以全新的教育理念，先进的办学模式，兼收并蓄，博采众长，使莘莘学子全面发展、学有所长。 组网目标： 随着经济的发展，信息起着越来越重要的作用。计算机、网络和多媒体等信息技术的飞速发展，信息的传递越来越快捷，信息的处理能力变得越来越强，信息的表现形式也越来越丰富，这些都对社会经济和人们的生活产生了深刻的影响。这一切促使通信网络由传统的电话网络向高速多媒体信息网发展。Web技术和多媒体技术的出现，近几年来Internet得到了突飞猛进的发展，联入网络的节点和信息资源迅速增长。 为了满足广大大学生的学习需要，教职工教学，办公需求。建立一个基于校园Intranet的信息管理和应用的网络系统，并提供相应的各种服务。共享网络上各种软、硬件资源，快速、稳定地传输各种信息，并提供有效的网络信息管理手段。采用开放式、标准化的系统结构，以利于功能扩充和技术升级。能够与外界进行广域网的连接，提供、
GPS接收机射频前端电路原理与设计 摘要：在天线单元设计中采用了高频、低噪声放大器，以减弱天线热噪声及前面几级单元电路对接收机性能的影响；基于超外差式电路结构、镜频抑制和信道选择原理，选用GP2010芯片实现了射频单元的三级变频方案，并介绍了高稳定度本振荡信号的合成和采样量化器的工作原理，得到了导航电文相关提取所需要的二进制数字中频卫星信号。 关键词：GPS接收机灵敏度超外差锁相环频率合成 利用GPS卫星实现导航定位时，用户接收机的主要任务是提取卫星信号中的伪随机噪声码和数据码，以进一步解算得到接收机载体的位置、速度和时间（PVT）等导航信息。因此，GPS接收机是至关重要的用户设备。目前实际应用的GPS接收机电路一般由天线单元、射频单元、通信单元和解算单元等四部分组成，如图1所示。本文在分析GPS卫星信号组成的基础上，给出了射频前端GP2010的原理及应用。 1 GPS卫星信号的组成
GPS卫星信号采用典型的码分多址（CDMA）调制技术进行合成（如图2所示），其完整信号主要包括载波、伪随机码和数据码等三种分量。信号载波处于L波段，两载波的中心频率分别记作L1和L2。卫星信号参考时钟频率f0为10.23MHz，信号载波L1的中心频率为f0的154倍频，即： fL1=154×f0=1575.42MHz (1) 其波长λ1=19.03cm；信号载波L2的中心频率为f0的120倍频，即： fL2=120×f0=1227.60MHz (2) 其波长λ2=24.42cm。两载波的频率差为347.82MHz，大约是L2的 28.3%，这样选择载波频率便于测得或消除导航信号从GPS卫星传播至接收机时由于电离层效应而引起的传播延迟误差。伪随机噪声码（PRN）即测距码主要有精测距码（P码）和粗测距码（C/A码）两种。其中P 码的码率为10.23MHz、C/A码的码率为1.023MHz。数据码是GPS卫星以二进制形式发送给用户接收机的导航定位数据，又叫导航电文或D 码，它主要包括卫星历、卫星钟校正、电离层延迟校正、工作状态信息、C/A码转换到捕获P码的信息和全部卫星的概略星历；总电文由1500位组成，分为5个子帧，每个子帧在6s内发射10个字，每个字30位，共计300位，因此数据码的波特率为50bps。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/3b4100228.html, 宽带微波接收机的射频前端设计探讨 作者：刘瑶潘威 来源：《科学与信息化》2018年第13期 摘要随着微波技术的发展，微波接收机已经被广泛应用于通信、雷达等多个领域。由于信道上受到外界因素干扰较多，为了保证微波接收机的性能，接收机需要有较高的线性度、灵敏度、动态范围和选择性，这些性能的实现与射频前端息息相关。本文将在分析射频前端设计对宽度微波接收机作用的基础上，对几种常见的射频前端结构进行阐述，然后就影响射频前端性能的几种因素进行分析，探讨应该如何合理设计射频前端。 关键词宽带微波接收机；射频前端；低噪声；动态范围 1 射频前端对微波接收机的重要意义 现代电子技术的发展，使得接收机的种类越来越多，性能也得到了各方面的完善，功能更加复杂和通用化。目前接收机正朝着体积小、重量轻和功耗小，性能更加优越的方向发展，要求微波接收机具有宽频带、大动态范围、高灵敏度和低噪声。基于上述影响微波接收机信噪比、影响信号处理的因素分析，必须要对接收机重要组成部分射频前端进行优化设计，从而可对接收机性能起到保障作用。射频前端主要实现抗烧毁、信号预选、增益控制、幅度均衡等几方面功能，噪声系数、滤波器选择、幅度均衡以及输入1dB压缩点等都会对接收机前端性能产生重要影响。 2 射频前端的几种构成形式 2.1 常用接收机射频前端结构 在微波接收机接收有用信号的过程中，会受到高电平干扰信号的影响，从而影响信噪比，对信号处理产生不利作用。为了保证信噪比，微波接收机应该具有高选择性、高线性和低噪声的特点。 对来自天线下来的信号，首先会使用限幅器对信号进行限幅处理，保护后级的放大器不被大信号烧毁；再使用带通滤波器进行信号预选，最后使用低噪声放大器对信号进行一级放大，放大后的信号进入下一级进行处理。 在这个过程中，限幅器保护后级链路不受大功率信号的损坏，带通滤波器隔离带外信号，低噪声放大器在尽可能减少对噪声恶化的情况下补偿增益，该结构的作用是可以通过带通滤波器使互调失真降到最低，削弱失真响应，同时具有成本较低、结构简单的优点。 2.2 采用YIG统调预选滤波器的结构
苏州科技学院 二○一三～二○一四学年第一学期 计算机网络大作业 校园网建设方案设计 班级：电子Z1111 学号： 姓名： 二○一四年一月
目录
1.需求分析 1.1网络发展与需求 伴随着计算机、通信和多媒体等技术的发展，使得网络应用更加丰富。同时在多媒体教育和管理等方面的需求，对校园网络也提出进一步的要求。因此需要一个具有先进性的、高速的、可扩展的校园计算机网络以适应当前网络技术发展的趋势并满足学校各方面应用的需要。作为校园网，需要连接多少个节点，怎样合理使用各种网络设备使分布在不同地理位置的节点连接到一个统一的网络中，怎样使整个网络上的节点相互连通，这些问题仅仅是校园网需要解决问题中的一部分，更重要的问题是如何将这些资源有序地组织起来，需要实现什么功能，以满足现在和未来在教学、科研、管理、交流等方面的需求。形成在校园内部、校园与外部进行信息沟通的体系，建立满足教学、科研和管理需求的计算机环境，为学校各种人员提供充分的网络信息服务，在网络环境中进行教学、研究、收集信息等工作。为了使延安大学能够具有良好的网络环境为更多的学生和老师服务，设计并实现了延安大学校园网络。 校园需要的基本功能有： ●计算机教学，包括多媒体教学和远程教学； ●网络下载、网络聊天等； ●电子邮件系统：主要进行与同行交往、开展技术合作、学术交流等活动； ●文件传输 FTP：主要利用 FTP 服务获取重要的科技资料和技术文挡； ●INTERNET 服务：学校可以建立自己的主页，利用外部网页进行学校宣传， 提供各类咨询信息等，利用内部网页进行管理，例如发布通知、收集学生意见和建议等。 ●图书馆的访问系统，用于计算机查询、计算机检索、计算机阅读等； ●对带宽的要求：音频信号和视频信号对网络带宽要求最严的数据信号，而且突发性很大，在网络中要求实时的和高质量的传输。当网络规模比较大，网络用户比较多，网络中的多个用户同时发起音频、视频信号和其它各种数据信号的传输时，往往会对网络带宽带来压力，令网络带宽不堪负荷，造成网络拥塞，严重时会导致阻塞，使网络通信停顿。为了解决网络拥塞问题，必须对各种网络技术
１前言 ＩＳＯ１５６９３标准协议是国际上规定的用于非接 触式ＩＣ卡的一种高频通信协议。该标准协议的非接触式ＩＣ卡的读写距离长达１００ｃｍ，比同是高频通信 协议的ＩＳＯ１４４４３规定的１０ｃｍ读写距离更大，应用范围也会更加广泛。ＩＳＯ１５６９３标准协议规定：读卡器到卡所发送的信号为采用脉冲位置编码的１０％ ＡＳＫ和１００％ＡＳＫ两种调制模式的频率都为 １３．５６ＭＨｚ的载波。 卡片解调电路的任务是把两种深秦燕青，葛元庆 （清华大学微电子学研究所，北京１０００８４） ＩＳＯ１５６９３非接触式 ＩＣ卡射频前端电路的设计 摘要：介绍了ＩＳＯ１５６９３非接触式ＩＣ卡射频前端电路，采用了一种巧妙的整流电路，提高了整流效率。同时使用了一种适用于ＩＳＯ１５６９３非接触式卡片的简单的稳压电路结构，有助于信号的解调，并且使卡片在接收到的信号为１０％ＡＳＫ和１００％ＡＳＫ两种调制模式时都能正常工作。芯片测试结果显示：电源产生电路能够产生２．２Ｖ－３．８Ｖ的直流电压，解调电路能够在２．０Ｖ－３．８Ｖ电压下可靠稳定的工作；在 ＩＳＯ１５６９３规定的最小场强０．１５Ａ／Ｍ处，整个芯片的电源电压为３．３Ｖ，且功耗小于６０μＷ。 关键词：ＩＳＯ１５６９３；非接触式ＩＣ卡；整流电路；电源产生电路；解调电路 ＤｅｓｉｇｎｏｆａＲＦｆｒｏｎｔ－ｅｎｄｃｉｒｃｕｉｔｏｆｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓＩＣｃａｒｄｓｆｏｒＩＳＯ１５６９３ ＱＩＮＹａｎ－ｑｉｎｇ，ＧＥＹｕａｎ－ｑｉｎｇ （ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８４，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡＲＦｆｒｏｎｔ－ｅｎｄｃｉｒｃｕｉｔｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓＩＣｃａｒｄｓｃｏｍｐｌｙｉｎｇｗｉｔｈＩＳＯ１５６９３．Ａｎｏｖｅｌｒｅｃｔｉｆｉｅｒｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ａｓｉｍｐｌｅｌｉｍｉｔｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｗｈｉｃｈｉｓａｐｐｌｉｃａｂｌｅｉｎｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓＩＣｃａｒｄｓ，ａｎｄｉｔｉｓｈｅｌｐｆｕｌｔｏｔｈｅｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｉｇｎａｌ．Ｔｈｉｓｌｉｍｉｔｅｒｃａｎａｌｓｏｈｅｌｐｔｈｅａｂｏｖｅｃａｒｄｓｗｏｒｋｎｏｒｍａｌｌｙｗｈｅｎｔｈｅｒｅｃｅｉｖｅｄｓｉｇｎａｌｉｓ１０％ＡＳＫｏｒ１００％ＡＳＫｍｏｄｕｌａｔｉｎｇｍｏｄｅ．Ｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｏｗｅｒｇｅｎ－ｅｒａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔｃａｎｐｒｏｖｉｄｅａＤＣｓｕｐｐｌｙｖｏｌｔａｇｅｆｒｏｍ２．２Ｖｔｏ３．８Ｖ．Ｔｈｅｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔｃａｎｗｏｒｋｐｒｏｐｅｒｌｙａｎｄｓｔｅａｄｉｌｙｆｒｏｍ２．０Ｖｔｏ３．８Ｖ．Ｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ６０ｕＷａｔ３．３Ｖ，ｗｈｅｎｔｈｅｗｈｏｌｅｃｈｉｐｗｏｒｋｓａｔｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｏｐｅｒａｔｉｎｇｆｉｅｌｄ０．１５Ａ／Ｍ，ｗｈｉｃｈｉｓｐｒｅｓｃｒｉｂｅｄｉｎＩＳＯ１５６９３． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＩＳＯ１５６９３；ｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓＩＣｃａｒｄｓ；ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ；ｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔ；ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔＥＥＡＣＣ：１２０５；１２５０
校园网规划与设计
二零一一年六月一日 目录 摘要 (3) 前言 (4) 第一章校园网简介 (5) 1.1什么是校园网 (5) 1.2校园网有什么作用 (6) 第二章校园网的现状及需求分析 (8) 2.1 计算机网络系统现状 (8) 2.2 网络系统及业务需求分析 (9) 第三章系统设计原则和实现目标 (11) 3.1 网络系统设计原则 (11) 3.2 系统建设目标 (12) 3.3网络设计关键技术说明 (16) 第四章系统总体方案设计 (19) 4.1 网络拓扑结构设计 (19) 4.2 网络系统接入设计 (21) 4.3 网络设备选型 (23) 4.4 VLAN划分及子网配置 (23) 4.5 IP地址分配 (27) 第五章布线系统设计 (28) 第六章网络安全、管理设计 (34) 总结 (36) 参考文献 (37) 致谢 (38)
摘要 20世纪后期互联网在我国取得了快速的发展，通过网络办公和网络交易的更为广泛，涉及到企业，单位，学校，军事等各个领域，教育发展也逐渐的走上了网络化，河北能源职业技术学院拟定在校内建立校园内部网并与国际互联网络相连。互联网技术和现代化式的教育快速发展的结合使得校园网成为学校教育、教学的重要平台。 学校的校园网已经成为重要的信息传递设施，其规模和应用水平已成为衡量学校教学与科研综合实力的一个重要标志。在能源学院校园网目前的实际情况和在充分调研的基础上，结合目前技术的发展方向和用户的实际需求，制订了学院校园校园网建设的整体设计方案。通过校园网的设计与建设，通过各种协议的链接与设备的选购，从而实现真正意义上的宽带多媒体网络，为师生提供教学、科研和综合信息服务。成为现代化办公的首要工具。 关键字：校园网；协议；设备
总体思路及工程步骤： 进行对象研究和需求调查，弄清学校的性质、任务、网络建设的目的和发展的特点，对学校的信息化环境进行准确的描述，明确系统建设的需求和条件； 在应用需求分析的基础上，确定学校Intranet服务类型，进而确定系统建设的具体目标，包括网络设施、站点设置、开发应用和管理等方面的目标； 确定网络拓朴结构和功能，根据应用需求、建设目标和学校主要建筑分布特点，进行系统分析和设计； 确定技术设计的原则要求，如在技术选型、布线设计、设备选择、软件配置等方面的标准和要求； 确定好以上四点包含的所有具体细节内容后，基本上我们就可以为用户量身定做适合他们的解决方案了，不过一个完整的网络建设工程，有过项目经验的人都知道，当然以下三点也是必不可少的步骤。 贴近网络现状的测试方案； 规划安排校园网建设的实施步骤（项目管理）； 内容完善的验收文档。 校园网建设的原则： 先进性，先进的设计思想、网络结构、开发工具，采用市场覆盖率高、标准化和技术成熟的软硬件产品；实用性，建网时应考虑利用和保护现有的资源、充分发挥设备效益；灵活性，采用积木式模块组合和结构化设计，使系统配置灵活，满足学校逐步到位的建网原则，使网络具有强大的可扩展性；可靠性，具有容错功能，管理、维护方便。对网络的设计、选型、安装、调试等各环节进行统一规划和分析，确保系统运行可靠，经济性，投资合理，有良好的性能价格比。 校园网是建构在多媒体技术和现代网络技术之上的为教学、科研、管理服务并与因特网连接的校园内局域网络环境，是一种教育科研网络。计算机网络毕竟是个新生事物，在各方面还不尽人所知，不顾自身需求和经济实力而一掷千金的事例层出不穷。究其原因，多数为对校园网工程的具体事项了解不够，作为一项庞大的系统工程，校园网工程事关学校的发展大计，必须慎重考虑。 网络建设需求汇总： 对校园网建设进行各步骤全面的需求分析，是成功校园网建设的必要条件,下面就从以上方面，结合目前校园网络建设，根据学校实际情况对学校网络建设的需求分析做一下汇总，主要是网络方面，对于终端、服务器等不做过多介绍。
第48卷第1期（总第187期） 2019年3月 火控雷达技术 Fire Control Ｒadar Technology Vol.48No.1（Series 187） Mar.2019 收稿日期：2018-10-24作者简介：饶睿楠（1977－），男，高级工程师。研究方向为频率综合器及微波电路技术。 24GHz 射频前端频率合成器设计 饶睿楠 王 栋 余铁军 唐 尧 （西安电子工程研究所西安710100） 摘要：随着微波射频集成电路集成度越来越高， 24GHz 频段的高集成雷达收发芯片逐渐大规模使用。其中英飞凌科技公司的24GHz 锗硅工艺高集成单片雷达解决方案就是其中具有代表性的一种，被大量应用在液位或物料检测、照明控制、汽车防撞、安防系统。FMCW 为此种应用最多采用的信号调制方式。本文采用锁相环频率合成方案，产生系统所需的FMCW 调制信号。关键词：24GHz 射频前端；FMCW ；频率综合器BGT24AT2ADF4159中图分类号：TN95文献标志码：A 文章编号：1008－8652（2019）01－066－04 引用格式：饶睿楠，王栋，余铁军，唐尧．24GHz 射频前端频率合成器设计［ J ］．火控雷达技术，2019，48（1）：66－69． DOI ：10．19472/j．cnki．1008－8652．2019．01．014 Design of a Frequency Synthesizer for 24GHz ＲF Front Ends Ｒao Ｒuinan ，Wang Dong ，Yu Tiejun ，Tang Yao （Xi'an Electronic Engineering Ｒesearch Institute ，Xi'an 710100） Abstract ：With the increasing integration of microwave and radio-frequency integrated circuits ，highly integrated radar transceiver chips in 24GHz band have gradually found large-scale applications．Among those chips ，Infineon's 24GHz SiGe monolithic radar solution is a typical one．It has found wide applications in liquid （or material ）detec-tion ，lighting control ，automotive collision avoidance ，and security systems．FMCW is the most widely used signal modulation method in these applications．This paper uses PLL frequency synthesis scheme to generate FMCW mod-ulation signals required by the system． Keywords ：24GHz ＲF front end ；FMCW ；frequency synthesizer ；BGT24AT2；ADF4159 0引言 24GHz 频段雷达大量用于液位检测、照明控制、汽车防撞、安防等领域。近年来由于微波集成电路的高速发展，单芯片电路集成度越来越高，出现了一大批高集成、多功能的射频微波集成电路，以前需要几片或十几片芯片的电路被集成在一片集成电路之中。英飞凌公司推出的基于锗硅工艺的高集成单片雷达解决方案就是其中对具代表性的产品之一。FMCW 信号调制方式被广泛的应用于此类产品。本文采用英飞凌公司BGT24AT2单片信号源芯片与ADI 公司ADF4159锁相环芯片构成24GHz 射频前端频率合成器部分，产生了24GHz 24．2GHz FM-CW 发射信号。 1BGT24AT2锗硅24GHz MMIC 信号源芯片基本指标 BGT24AT2是一款低噪声24GHz ISM 波段多功能信号源。内部集成24GHzVCO 和分频器。3路独立的ＲF 输出可分别输出+10dBm 的信号，通过SPI 可对输出信号功率进行控制。发射信号的快速脉冲和相位反向可通过单独的输入引脚或通用的SPI 控制接口进行控制。片内集成输出功率及温度传感器，可对芯片工作情况进行监控。芯片工作的环境温度为－40? 125?，满足汽车级环境应用要求。封装为32脚VQFN 封装，单3．3V 电源供电，节省了大量板上空间。其原理框图如图1所示。