微波及射频电路设计

本文主要针对通讯产品的一个前沿范畴棗微波级高频电路及其PCB设计方面的理念及其设计原则。之所以选

择微波级高频电路之PCB设计原则，是因为该方面原则具有广泛的指导意义且属当前的高科技热门应用技术。从微波电路PCB设计理念过渡到高速无线网络（包括各类接入网）工程，也是一脉相通的，因为它们基于同一基本原理棗双传输线理论。

有经验的射频工程师设计的数字电路或相对较低频率电路PCB，一次成功率是非常高的，因为他们的设计理

念是以“分布”参数为核心，而分布参数概念在较低频率电路（包括数字电路中）中的破坏作用，常为人们所忽略。长期以来，许多同行完成的电子产品（主要针对通讯产品）设计，往往问题重重。一方面固然与电原理设计

（包括冗余设计、可靠性设计等方面）的必要环节缺乏有关，但更重要的，是许多这类问题在人们认为已经考虑了各项必要环节下而发生的。针对这些问题，他们往往将精力花在对程序、电原理、参数冗余等方面的核查上，却极少将精力花在对PCB设计的审核方面，而往往正是由于PCB电路板设计缺陷，导致大量的产品性能问题。PCB板设计原则涉及到许多方方面面，包括各项基本原则、抗干扰、电磁兼容、安全防护等等。对于这些方面，特别在高频电路（尤其在微波级高频电路）方面，相关理念的缺乏，往往导致整个研发项目的失败。许多人还停留在“将电原理用导体连接起来发挥预定作用”基础上，甚至认为“PCB设计属于结构、工艺和提高生产效率等方面的考虑范畴”。许多专业射频工程师也没有充分认识到该环节在射频设计中，应是整个设计工作的特别重点，而错误地将精力花费在选择高性能的元器件，结果是成本大幅上升，性能的提高却微乎其微。

应特别在此提出的是，数字电路依靠其强的抗干扰、检纠错以及可任意构造各个智能环节来确保电路的正常

功能。一个普通的数字应用电路而高附加地配置各类“确保正常”的环节，显然属于没有产品概念的举措。但往往在认为“不值得”的环节，却导致产品的系列问题。原因是这类在产品工程角度看不值得构造可靠性保证的功能环节，应该建立在数字电路本身的工作机理上，只是在电路设计（包括PCB设计）中的错误构造，导致电路处于一种不稳定状态。这种不稳定状态的导致，与高频电路的类似问题属于同一概念下的基本应用。

在数字电路中，有三个方面值得认真对待：

（1）数字信号本身属于广谱信号。根据傅里叶函数结果，其包含的高频成份非常丰富，所以数字IC在设计

中，均充分考虑了数字信号的高频分量。但除了数字IC 外，各功能环节内部及之间的信号过渡区域，若任意而为，将会导致系列问题。尤其在数字与模拟和高频电路混合应用的电路场合。

（2）数字电路应用中的各类可靠性设计，与电路在实际应用中的可靠性要求及产品工程要求相关，不能将

采用常规设计完全能达到要求的电路附加各类高成本的“保障”部分。

（3）数字电路的工作速率正在以前所未有的发展迈向高频（例如目前的CPU，其主频已经达到1.7GHz 棗远

远超过微波频段下限）。尽管相关器件的可靠性保障功能也同步配套，但其建立在器件内部和典型外部信号特征基础上。

微波电路及其PCB 设计

一．关于CAD 辅助设计软件与网络分析仪

对于高频电路设计，当前已经有了很好的CAD 类软件，其强大的功能足以克服人们在设计经验方面的不足及

繁琐的参数检索与计算，再配合功能强大的网络分析仪，按理应该是稍具经验者便能完成质量较好的射频部件。但是，实际中却不是这回事。

CAD 设计软件依靠的是强大的库函数，包含了世界上绝大部分无线电器件生产商提供的元器件参数与基本性

能指标。不少射频工程师错误地认为：只要利用该工具软件进行设计，就不会有多大问题。但实际结果却总是与愿望相反，原因是他们在错误认识下放弃高频电路设计基本概念的灵活应用及基本设计原则的应用经验积累，结果在软件工具的应用中常犯下基本应用错误。射频电路设计CAD 软件属于透明可视化软件，利用其各类高频基本

组态模型库来完成对实际电路工作状态的模拟。至此，我们已经可以明白其中的关键环节:高频基本组态模型有两类，一类属于集中参数形态之元器件模型，另一类属于常规设计中的局部功能模型。于是存在如下方面问题：（1）元器件模型与CAD 软件长期互动发展，日趋完善，实际中可以基本相信模型的逼真度。但元器件模型

所考虑的应用环境（尤其是元器件应用的电环境）均为典型值。多数情况下，必须利用经验确定系列应用参数，否则其实际结果有时甚至比不借助CAD 软件的设计结果相差更远。

（2）CAD 软件中建立的常规高频基本组态模型，通常限于目前应用条件下可预知的方面，而且只能局限于

基本功能模型（否则产品研发无须用人，仅靠CAD 一手包办而诞生各类产品）。

（3）特别值得注意的是：典型功能模型的建立，是以典型方式应用元器件并以典型完善的工艺方式构造（包

括PCB 构造）下完成的，其性能也达到“典型”的较高水平。但在实际中，就是完全模仿，也与模型状态相差甚远。原因是：尽管选用的元器件及其参数一致，但它们的组合电环境却无法一致。在低频电路或数字电路中，这种相差毫厘的情况妨碍不大，但在射频电路中，往往发生致命的错误。

（4）在利用CAD 软件进行设计中，软件的容错设计并不理睬是否发生与实际情况相违背的错误参数设置，

于是，按照其软件运行路径给出一理想的结果，实际中却是问题百出的结果。可以知道其关键错误环节在于没有利用射频电路设计的基本原则去正确应用CAD 软件。

（5）CAD 软件仅仅属于设计辅助工具，利用其具备的实时模拟功能、强大的元器件模型库及其函数生成功能、典型应用模型库等等方面来简化人们的繁琐设计与计算工作，到目前为为止，尚远远无法在具体设计方面代替人工智能。

CAD 软件在射频PCB 辅助设计中所体现的强大功能是该软件大受欢迎的一个重要方面。但实际中，许多射频工程师会经常“遭其暗算”。导致原因仍然是其对参数设置的容错特性。往往利用其仿真功能得出一理想的模型（包括各个功能环节），一到实际调试中才发现：还不如利用自己的经验来设计。

所以，CAD 软件在PCB 设计中，仍然仅仅有利于拥有基本的射频设计经验与技巧的工程师，帮助他们从事繁琐的过程设计（非基本原则设计）。

网络分析仪分为标量和矢量两种，是射频电路设计必不可少的仪器。通常的做法是：结合基本的射频电路设

２

计理念和原则完成电路及PCB 设计（或利用CAD 软件完成），按要求完成PCB 的样品加工并装配样机，然后利用

网络分析仪对各个环节的设计逐个进行网路分析，才有可能使电路达到最佳状态。但如此工作的代价是以至少3~5 版的PCB 实际制作，而若没有基本的PCB 设计原则与基础理念，所需要的PCB 版本将更多（或者无法完成设

计）。

由上述可见：

（1）在利用网络分析仪对射频电路进行分析过程中，必须具有完备的高频电路PCB 设计理念和原则，必须

能通过分析结果而明确知道PCB 的设计缺陷棗仅此一项就要求相关工程师具备相当的经验。

（2）对样机网路环节进行分析过程中，必须依靠熟练的实验经验和技巧来构造局部功能网络。因为很多时

候，通过网络分析仪所发现的电路缺陷，会同时存在多方面的导致因素，于是必须利用构造局部功能网路来加以

分析，彻查导致原因。这种实验性电路构造必须借助清晰的高频电路设计经验与熟练的电路PCB 构造原则。二．本文的针对范畴

本文主要针对通讯产品的一个前沿范畴棗微波级高频电路及其PCB 设计方面的理念及其设计原则。之所以选

择微波级高频电路之PCB 设计原则，是因为该方面原则具有广泛的指导意义且属当前的高科技热门应用技术。从

微波电路PCB 设计理念过渡到高速无线网络（包括各类接入网）工程，也是一脉相通的，因为它们基于同一基本

原理棗双传输线理论。

有经验的射频工程师设计的数字电路或相对较低频率电路PCB，一次成功率是非常高的，因为他们的设计理

念是以“分布”参数为核心，而分布参数概念在较低频率电路（包括数字电路中）中的破坏作用，常为人们所忽略。

长期以来，许多同行完成的电子产品（主要针对通讯产品）设计，往往问题重重。一方面固然与电原理设计（包括冗余设计、可靠性设计等方面）的必要环节缺乏有关，但更重要的，是许多这类问题在人们认为已经考虑了各项必要环节下而发生的。针对这些问题，他们往往将精力花在对程序、电原理、参数冗余等方面的核查上，却极少将精力花在对PCB 设计的审核方面，而往往正是由于PCB 设计缺陷，导致大量的产品性能问题。

PCB 设计原则涉及到许多方方面面，包括各项基本原则、抗干扰、电磁兼容、安全防护，等等。对于这些方面，特别在高频电路（尤其在微波级高频电路）方面，相关理念的缺乏，往往导致整个研发项目的失败。许多人还停留在“将电原理用导体连接起来发挥预定作用”基础上，甚至认为“PCB 设计属于结构、工艺和提高生产效

率等方面的考虑范畴”。许多专业射频工程师也没有充分认识到该环节在射频设计中，应是整个设计工作的特别重点，而错误地将精力花费在选择高性能的元器件，结果是成本大幅上升，性能的提高却微乎其微。

应特别在此提出的是，数字电路依靠其强的抗干扰、检纠错以及可任意构造各个智能环节来确保电路的正常

功能。一个普通的数字应用电路而高附加地配置各类“确保正常”的环节，显然属于没有产品概念的举措。但往往在认为“不值得”的环节，却导致产品的系列问题。原因是这类在产品工程角度看不值得构造可靠性保证的功能环节，应该建立在数字电路本身的工作机理上，只是在电路设计（包括PCB 设计）中的错误构造，导致电路处

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于一种不稳定状态。这种不稳定状态的导致，与高频电路的类似问题属于同一概念下的基本应用。

在数字电路中，有三个方面值得认真对待：

（1）数字信号本身属于广谱信号。根据傅里叶函数结果，其包含的高频成份非常丰富，所以数字IC 在设计中，均充分考虑了数字信号的高频分量。但除了数字IC 外，各功能环节内部及之间的信号过渡区域，若任意而为，将会导致系列问题。尤其在数字与模拟和高频电路混合应用的电路场合。

（2）数字电路应用中的各类可靠性设计，与电路在实际应用中的可靠性要求及产品工程要求相关，不能将

采用常规设计完全能达到要求的电路附加各类高成本的“保障”部分。

（3）数字电路的工作速率正在以前所未有的发展迈向高频（例如目前的CPU，其主频已经达到1.7GHz 棗远

远超过微波频段下限）。尽管相关器件的可靠性保障功能也同步配套，但其建立在器件内部和典型外部信号特征基础上。

三．双传输线理论对微波电路设计

及其PCB 布线原则指导意义综述

（一）双线理论下的PCB 概念

对于微波级高频电路，PCB 上每根相应带状线都与接地板形成微带线（非对称式），对于两层以上的PCB，即可形成微带线，又可形成带状线（对称式微带传输线）。各不同微带线（双面PCB）或带状线（多层PCB）相互之间，又形成耦合微带线，由此又形成各类复杂的四端口网络，从而构成微波级电路PCB 的各种特性规律。

可见，微带传输线理论，是微波级高频电路PCB 的设计基础。

■ 对于800MHz 以上的RF-PCB 设计，天线附近的PCB 网路设计，应完全遵循微带理论基础（而不是仅仅将

微带概念用于改善集中参数器件性能的工具）。频率越高，微带理论的指导意义便越显著。

■ 对于电路的集中参数与分布参数，虽然工作频率越低，分布参数的作用特性越弱，但分布参数却始终是

存在的。是否考虑分布参数对电路特性的影响，并没有明确的分界线。所以，微带概念的建立，对于数字电路与相对中频电路PCB 设计，同样是重要的。

■ 微带理论的基础与概念和微波级RF 电路及PCB 设计概念，实际上是微波双传输线理论的一个应用方面，

对于RF-PCB 布线，每相邻信号线（包括异面相邻）间均形成遵循双线基础原理的特征（对此，后续将有明确的阐述）。

■ 虽然通常的微波RF 电路均在其一面配置接地板，使得其上的微波信号传输线趋向复杂的四端口网路，

从而直接遵循耦合微带理论，但其基础却仍是双线理论。所以在设计实际中，双线理论所具有的指导意义更为广泛。

■ 通常而言对于微波电路，微带理论具有定量指导意义，属于双线理论的特定应用，而双线理论具有更广

泛的定性指导意义。

■ 值得一提的是：双线理论给出的所有概念，从表面上看，似乎有些概念与实际设计工作并无联系（尤其

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是数字电路及低频电路），其实是一种错觉。双线理论可以指导一切电子电路设计中的概念问题，特别是PCB

线路设计概念方面的意义更为突出。

虽然双线理论是在微波高频电路前提下建立的，但这仅仅因为高频电路中分布参数的影响变得显著，使得指

导意义特别突出。在数字或中低频电路中，分布参数与集中参数元器件相比，达到可以忽略的地步，双线理论概念变得相应模糊。

然而，如何分清高频与低频电路，在设计实际中却是经常容易忽略的方面。通常的数字逻辑或脉冲电路属于

哪一类？最明显的具非线性元器件之低频电路及中低频电路，一旦某些敏感条件改变，很容易体现出某些高频特征。高档CPU 的主频已经到1.7GHz，远超过微波频率下限，但仍然属于数字电路。正因为这些不确定性，使的PCB 设计异常重要。

■ 在许多情况下，电路中的无源元器件，均可等效为特定规格的传输线或微带线，并可用双传输线理论及

其相关参量去描述。

总之，可以认为双传输线理论是在综合所有电子电路特征基础上诞生的。因此，从严格意义上说，如果设计

实际中的每一环节，首先以双传输线理论所体现的概念为原则，那末相应的PCB 电路所面临的问题就会很少（无论该电路是在什么工作条件下应用）。

(二)双传输线与微带线构造简介

1·微波双线的PCB 形式

微带线是由微波双线在特定条件下的具体应用。图1-a. 即为微波双线及其场分布示意图。在微波级工作频

率的PCB 基板上，可以构成常规的异面平行双线（图1-b.所示）或变异的异面平行双线（图1-c.所示）。当其

中一条状线与另一条状线相比可等效为无穷大时，便构成典型的微带线（如图1-d.所示）。从双传输线到微带，仅边缘特性改变，定性特征基本一致。

注：在许多微波专业论述中，均仅仅描述由常规均匀圆柱形导体构成的双传输线，对PCB 电路的双线描述则

以矩形条状线为常规双传输线。

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2·微带线的双线特征

图2-a.为常规微波双线的场分布示意图。图2-b.为PCB 条状线场分布示意图。图2-c.为带有有限接地板的

微波双线场分布示意（注：图中双线之一和接地板连通）。图2-d 为具有相对无穷大接地板之双线场分布示意（注：图中双线之一和接地板连通）。

图3-a.为典型偶模激励耦合微带线场分布示意。图3-b. 为典型奇模激励耦合微带线场分布示意。

从图1、图2、图3 所示场分布状态看，双线与微带线（包括耦合微带线）特性仅仅为边缘特性的不同。四．PCB 平行双线中的电磁波传输特性

（一）分布参数概念与双传输线

对于集中参数电路，随着工作频率的提高，电路中的电感量和电容量都将相应减少，如图4 所示的振荡回路。６

当电路中电感量小到一定程度，将使线圈等效为直线（图4-b.）；当电容量小到一定程度，将由导线间分

布电容所替代（图4-c.）。

由上述定性描述得如下高频电路设计原则：

● 当工作频率较高时，集中参数将转化为分布参数，并起主导作用。这是微波电路的主要形式。

● 在分布参数PCB 电路中，沿导线处处分布电感，导线间处处分布电容。

● 在高频PCB 电路设计中，注意元器件标称值与实际值的离散性差别是相对于工作频率而定的。

● 由图可知，PCB 条状双线就是具有分布参数之电路的简单形式，除了可以传输电磁能外，还可作为谐振

回路使用。

（二）PCB 条状双线分布参数的等效方式

通常将一段双线导线分成许多小段（例如每段长度1cm），然后将每段双导线所具有的分布电感与电容量表

示为集中参数形式，如图5 所示。图中b 线，可以是PCB 上与a 同面并行之走线或地线，也可以是异面并行之走

线，为便于解释，这里指空气中两并行线。

在双线传输分析上，常将介质损耗忽略（即R1<<ωL1，G1<<ωC1），然后等效为图5 所示的“无耗传输线”

形式（即忽略电磁波衰耗）。根据电磁场理论，可知每1cm 的条状双传输线电感量与电容量分别为：

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L1≈ (μ/π)ln(2D/d) (H)

C1≈πε/ln(2D/d) (F)

式中，μ=线间介质磁导率（H/cm）。当介质为空气时，μ=μ0=4×E-5（H/cm）；ε=线间介电常数。当介

质为空气时，ε=ε0=8.85×E-10；D=双线间距；d=PCB 线厚度或宽度（具体定义详见后续说明）。

综合上述的设计概念如下：

● PCB 中，可分别近似认为d 为铜皮宽度（对电感）或铜皮厚度（对电容），前提是对无接地板的同面双

线。对于异面平行双线时，D 为PCB 厚度，d 为线宽。

● 工作于高频状态两层以上PCB 设计中，不仅要考虑同面走线间的分布参数，也需考虑异面走线间的分布

参数，而且更为重要（具接地板的RF-PCB 电路则属于另外的分析方式棗参见后续）。

（三）电磁波在PCB 条状双线上的传输特点

图3 所示的PCB 条状双线等效电路中，在直流电源接入瞬间，从左到右，电压和电流是以依次向相邻电容充电，然后向次级电容放电的过程形式传播的，称为电流行波。

若将图6 中电源换为简谐规律的交流源，可以推知，将有一电压行波从左至右传播。沿线电压值与时间位置

均有关。这种电压行波，在工作波长与所考察传输线长度可比拟时，是较为明显的。

有电压必有电场，有电流必有磁场，所以沿线电场与磁场是以简谐规律沿传输线传播的。

综上所述，可知道微波级高频电路之PCB 特征如下：

● 当PCB 走线与工作波长可相比拟时，电压和电流从一端传到另一端的形式已不是电动势作用下的电流规律，而是以行波形式传播，但不是向周围辐射。

● 行波的能量形式，体现为电磁波形式，而且在导体引导下沿线传播。工作频率越高，电磁波能量形式越

明显，通常意义下的集中参数器件之处理功能越弱。

● 必须明确：当频率足够高时，PCB 走线开始脱离经典的欧姆规律，而以“行波”或电磁波导向条形式体

现其在电路中的功能。

（四）行波的传播特性

1．入射波与反射波

对于理想的“无耗传输线”（忽略损耗），在简谐波作用下，可推出PCB 传输线上瞬时电流波表达式为：

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i(t , z) = Acos(ωt-βz)-cos(ωt+βz)

式中，t=传播时刻；z=传输线上位置（距起端距离）；A、B=与激励信号幅度及终端负载有关的常数（入射

波与反射波幅度）；ω=相角；β=相移常数。

由瞬时电流波表达式可知，在简谐波激励下，PCB 传输线上电流为两个简谐波电流的代数和。分别对式中两

项作函数图，可知：第一项电流为随时间沿+Z 方向（由电源到负载）的电流波；第二项为随时间沿-Z 方向（由负载到电源）传输的电流波。前者称为入射电流波，后者称为反射电流波。

■ 即：稳态过程中，PCB 传输线上的电流是线上向相反方向传播的两个波叠加之结果。

2．关系常数简介

■ α=衰减常数。若考虑PCB 传输线损耗，则α≠0。

■ β=相移常数。其为电磁波沿PCB 传输线传播单位长度的相移，与波长有关系：β=2π/λ。参照图2，

又有关系：

β=

■ γ=传播常数。考虑PCB 传输线损耗时，波的衰减常数α 与相移常数β 的变量和，即：γ=α+jβ

■ Vp=相速，行波等相位点的传播速度。相速与β、ω 间存在关系：vp=ω/β。

当电磁波传播方向是与Z 方向平行，则有Vp=Vc(Vc 表示光速)。可以推出：

Vp=

在空气介质中则有Vp=Vc= = =3E-8（m/s）

综上所述，可以推知高频电路及其PCB 设计原则如下：

● 分布参数电路不仅仅体现在集中参数向分布参数的转化，更重要的是PCB 电路的信号处理与传输，都开

始部分地遵循电磁波的固有特性。工作频率越高，这种特性越突出。

● 反射波概念是提高电路输出功率或效率的根本概念，否则将导致与设计不符的一系列问题。

● 分布参数的考察，涉及电磁波理论中的一些基本物理定义，认真掌握这些物理定义在电路中的体现及计

算方式，是解决设计实际的根本手段之一。

● 微波级高频电路PCB 带装线的分布参数特性，可以通过一些关系常数所体现的表达式表征，并通过这些

常数达到PCB 设计目的。

关键应用

在产品工程中，PCB 的设计占据非常重要的位置，尤其在高频电设计中。

将高频电路之PCB 的设计原则与技巧应用于数字电路或具有非线性器件的低频电路，则可以大幅提高成功率。９

五．PCB 传输线的工作状态

（一）PCB 传输线特性阻抗、匹配及反射

1．特性阻抗Zc

Zc 为PCB 传输线对入射波所呈现的阻抗，或在行波状态下线上电压与电流之比。对图2 电路，有：

进一步推导可得

及Zc≈120ln(2D/d)=276lg (2D/d)

上式中D 和d 的定义与“二——（二）”中的D、d 定义等同。

■ 可见，PCB 传输线特性阻抗Zc 仅与传输线参数（L1、C1、或D、d 等）有关，且呈现纯电阻特性，与实

际激励电源无关。PCB 传输线的特性阻抗值一般在250~700Ω 之间。

2．PCB 传输线的匹配与反射系数

当PCB 传输线长到与工作波长λ 可比拟时，传输线上可同时传输两个波：由电源向负载的入射波及由负载

向电源的反射波。每个电流波还伴随电压波（反之亦然），而PCB 传输线任意点的电压和电流由特性阻抗Zc 相联系。

为便于理解，设一个无限长传输线，沿线各处的特性阻抗为Zc。在激励源作用下，电磁能不断地向终端传

播。由于传输线为无限长且阻抗处处相同，电磁能不会被反射。此时，仅存在入射波，即传输线工作在行波状态。当传输线成为有限长并接负载，如图7 所示。

当使ZL=Zc 时，相当于负载代替了其右边的无限长传输线，对其左边电压或电流波传输将无影响。此时，能量将

从电源向负载单向传输而无反射，保持行波状态，即能量全部为负载吸收。这种状态称为匹配，其负载为匹配负载。

实际中，电磁能在PCB 线路中传输（从一个环节传到另一个环节，或从RF 源传到天线），通常难以做到完

全匹配，于是，入射波与反射波同时存在的现象在所难免，但要求尽可能使反射波幅值小，以提高电路效率及传输功率。

通常用反射波复数幅度与入射波复数幅度的比值来衡量线路上波的反射情况。其比值称为反射系数，用Г表

示。对电压波为Гv；对电流波为Гi，并有

１０

；

式中A、B、β、z 的定义参见前述（二——（四））。

可见，反射系数是复数量，且随位置z 的变化而变化。入射波与反射波之间不仅有一定关系，相位间也有一定关系。

由于反射波是由入射波在负载处反射形成的，所以其幅度恒小于入射波幅度，即反射系数模值Г在0——±1 之间

变化。

在微波技术中，常用电压反射系

数

表示反射系数。

可以推出，PCB 传输线终端负载处的反射系数ГL 与特性阻抗Zc 和负载ZL 有如下关系：

■ 可见，负载的性质直接影响PCB 传输线的工作状态，有下列三中可讨论情况：

A）ZL=Zc 时，

，此时负载处于匹配状态，能量全部被负载吸收。

B）ZL =0 时，

，表明负载无能量吸收（负载电压为零）而全部反射。此状态下，负载处反射波电压与入射

波电压振幅相等，相位相反。

C）ZL =∞时，

，表明负载上仍然无能量吸收（负载电流为零）而全部反射。此状态下，负载处反射波电压

与入射波电压振幅相等，相位相反。

进一步讨论ZL>Zc 及ZL

综上所述，的高频电路PCB 设计原则如下：

● PCB 上某段传输线特性阻抗Zc 应尽可能保持处处相等（即分布参数处处相等），线宽应保持一致。

● 每段PCB 传输线终端处信号处理网络的输入阻抗应尽可能与传输线特性阻抗相近（即L、C 参数相近，通

常为250~700Ω）。

● PCB 走线应尽可能短，即保证工作波长λ 远远大于走线长度。

● 信号处理网路之接地板线应尽可能短，通常采用金属化孔形式与RF 的接地板直接相通，否则便构成PCB

传输线终端短路形式而产生全反射。

● 杜绝出现任何形式的一端悬空之PCB 走线（包括因PCB 加工工艺而导致的走线边缘毛刺等形式），以避

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免ZL =∞而导致的全反射现象。

● 对RF 电路网络，反射现象只会干扰电路的正常处理功能或作用，并且总是影响其稳定性的根源之一。

（二）驻波与驻波系数——S 参数

1．驻波概念

当PCB 传输线终端负载短路，ZL =0，使得入射波与反射波电压幅度相等而相位相反（相差π），致使终端

的电压波彼此全部抵消而为零。图8 所示的为负载短路传输时，入射波和反射波分布图。

由图可见，随着时间延迟，入射波从左向右移动，

在终端移相后形成反射波又从右向左移动。沿PCB 传输线二者相加而形成另一种波的分布形式，这就是驻波，如

图9 所示。

当PCB 传输线上形成驻波时，能量不再沿线传输，好象“驻扎”在PCB 传输线上一样（与行波状态向对应）。

可推出余弦电压波的驻波表达式为：

u=Um(t) Sinβz

式中Um(t)=2Um Sinωt

可见，电压沿PCB 传输线按简谐波规律分布，其幅值Um(t) 随时间变化，而节点（电压或电流永远为零的

点）和腹点（具有最大值的点），分布规律不随时间而变化，从而形成周期性脉动简谐波。

同样可知电流驻波具有相同的分布规律，只是

节点（或腹点）错位1/4 波长，两者距短路处距离

均为1/4 波长的整数倍。

１２

2．驻波系数S（也称电压驻波比）

实际中，上述纯驻波是不存在的。由于PCB 传输线的损耗使得驻波永远小于行波，即两者同时发生。PCB 传

输线的实际不匀称性（几何尺寸），也使得即使是完全的匹配负载情况下，也将引起能量的部分反射而产生驻波。即，实际中驻波是叠加在行波上的非纯驻波。

纯驻波表示入射波幅度A 与反射波幅度B 相等，即反射系数Г=1（注意这里为Г 复数的模值），非纯驻波

则表示B

S=Umax/Umin

图10 表示任意情况下电压驻波幅度沿PCB 传输线

的分布图。

可以证明：

Umax=A+B；Umin=A-B 并可推出

S=（1+Г）/（1-Г）

式中Г=A/B 为反射系数模数，则有

Г=（S-1）/（S+1）

因Г=0~1，故S 参数为等于或大于1 的正数。

可知，负载完全匹配时，Г=0，S=1。

由上述可见，驻波系数棗S，完全可表征高频信号（尤其是微波信号）传输上的工作状态。在微波电路中，

通常S=1.05—3。

表征某些具有集中参数特性的元器件时，有时又称S 参数为耗散或散射系数。无论耗散或散射，导致的直接

因素都是驻波。所以用电压驻波比来表征元器件S 参数是最适当的——因为电压驻波比可以帮助理解一些电路中的微观概念并结合其出入端PCB 传输线统一衡量其特性。

综上所述，得微波电路PCB 设计原则如下：

● 驻波，是实际电路不稳定或与设计要求不符的根源之一。设计中应充分保证S 参数尽可能接近1，即：S

参数越小越好（通常S=1.05——3）。

●实际中，测量驻波系数比测量反射系数要简单得多。因此，测量技术中一般只用驻波系数。

● 过长的地线或悬空线（包括因PCB 设计或加工所导致的微小毛刺等各类形式），可形成较强的驻扎波，

从而形成辐射干扰。

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● 过强的反射波将对信号源形成干扰（包括信号处理环节的相对“源” ）。

● 驻波干扰正常信号传输，使信噪比下降。

● S 参数值取决于反射系数，即：取决于PCB 传输线特性与负载终端。故PCB 设计中，不仅要考虑走线特

性构造，也应充分考虑每一信号走线之传输终端负载的匹配设计。这是保证电路品质的根本。

● 切勿孤立考察元器件S 参数，必须结合其输入输出信号传输走线来全面衡量，即：应结合元器件具体组

合的网路来考察。

（三）PCB 传输线的输入阻抗

1．PCB 传输线接任意负载

如果PCB 传输线终端接任意负载（即PCB 传输线终端既不短路开路，也不匹配），必然是负载只吸收部分能量，将其余能量反射回信号源，导致PCB 传输线上同时存在驻波与行波，即PCB 传输线工作在行驻波状态。可以

推出工作在行驻波状态下的PCB 传输线存在如下结论：

■ 入射波与反射波之合成波仍然是简谐波。

■ 在每λ/4 范围内，合成波峰在波的行进过程中连续单调变化，即功率信号传输的同时伴随着脉动，其周

期为λ/2。

■ 波腹点（或波节点）之间相距λ/2。

■ 电流波节点与电压波腹点对应，电流波腹点与电压波节点对应，即电流波和电压波之腹、节点相距λ/4。

■ 电流波节点（或电压波腹点）距负载处为λ/4 的奇数倍；电流波腹点（或电压波节点）距负载处为λ/4

的偶数倍。

2．PCB 传输线输入阻抗

PCB 传输线被信号源激励时，沿PCB 传输线各点都存在电流和电压，并服从欧姆定律，即

（=R+jX）

阻抗值与PCB 传输线上的位置有关。

在PCB 传输线与激励源衔接处，PCB 传输线输入端阻抗成为激励源负载，即输入阻抗

Zin 值及其性质与PCB 传输线工作状态有关。

当PCB 传输线工作在纯驻波状态时，不从激励源获得能量，此时其输入阻抗呈纯电抗性。若PCB 传输线工作在行驻波状态，此时对激励源呈现的输入阻抗既有电抗分量，又有电阻分量（体现为复数）。

可推出PCB 传输线输入阻抗的三个计算公式如下：

Zin = [1+(ZL-Zc) / (ZL+Zc)e-j2βL]Zc / [1-(ZL-Zc)/(ZL+Zc)e-j2βL]

１４

Zin = (1+ΓL e-j2βL)Zc / (1-ΓL e-j2βL)

Zin = [ZL+jZc tg(2πL/λ)]Zc / [Zc+jZL tg(2πL/λ)]

上式中，β=2π/λ，L=PCB 传输线长度。

■ 可见，Zin 与ZL（或终端反射系数Γ）、Zc、L 及λ 均有关联。

3．利用PCB 传输线构造谐振回路

与RF 电路关系较密切的PCB 传输线终端负载状态有如下几种可讨论情况：

终端负载短路（ZL=0）、开路（ZL=∞）以及接不等于特性阻抗的纯电阻R（Zc≠R）

（1）对长度为L 的PCB 传输线，当终端负载短路时，可得

Zin = jZc tg(2πL/λ)

可见，Zin 为纯电抗特性，且随线长L 和工作波长λ 而变化。

可以知道：

■ 只改变线长L 时，输入阻抗是线长的周期函数，周期为λ/2。

■ 线上电压波节（或电流波腹）处，阻抗为零（与串联谐振回路的谐振阻抗等效）；而在电压波腹（或电

流波节）处，阻抗无穷大（与并联谐振回路的谐振阻抗等效）。

Zin 随及L 的变化规律如图11 所示。

■ 当串联谐振阻抗为零时，有

jZc tg(2πL/λ)=0，可得

2πL/λ=nπ，即L=n(λ/2) (n=1，2，3，镲)

可见，当L=λ/2，λ，3λ/2镲时，短路线Zin 可等效为串联谐振回路。

１５

■ 当并联谐振阻抗为无穷大时，jZc tg(2πL/λ)=∞，可得

2πL/λ=(2n-1)π/2，即L=(2n-1)λ/4 (n=1，2，3，镲)

可见，当L=λ/4，3λ/4，5λ/4镲时的短路线Zin 可等效为并联谐振回路。

■ 当0

当λ/4

每增加λ/2，其阻抗值便重复一次。

利用阻抗变换特性可构造广泛用于微波电路的“阻抗变换器”（该方面也是后续将论述的微带构造实质方面

之一）。

■ 导致上述特性的根本原因是终端短路PCB 传输线存储而不消耗能量，即线上电压波腹存储电能，电流波

腹存储磁能。因入射波能量等于反射波能量，故沿PCB 传输线方向上没有能量流通，因而电流并不消耗能量。（2）对于终端开路的PCB 传输线，可以推知：只要将PCB 传输线长度缩短（或延长）λ/4，即可获得开路

下各项结果。例如：

■ 在微波电路中，不可能获得高阻抗（即开路）特性，或者说，开路特性可以通过短路线来构造。

■ 一般而言，接纯电阻负载的实际PCB 传输线，由于不均匀性而存在驻波，其输入阻抗通常是复数。

■ 在许多情况下的负载，电阻部分常起重要作用，而电抗部分则可以通过改变PCB 传输线长度加以补偿。4．阻抗变换与匹配

（1）在低频电路中，匹配的概念是相当重要的（使负载阻抗与激励源内阻共轭相等）。在微波电路中，信

号线终端的匹配更为重要：

一方面要求ZL=Zc，保证沿线无驻波；另一方面，为获得最大功率，要求信号线输入端与激励源相接时应共

轭匹配。因此，匹配对微波电路的工作性能产生直接影响。可见：

■ 若终端不匹配，信号线上会产生反射和驻波，导致负载功率下降（高功率驻波还会在波腹点产生打火现象）。

由于反射波的存在，将对激励源产生不良影响，导致工作频率和输出功率稳定性下降。

然而，实际中给定的负载阻抗与信号线特性阻抗不一定相同，信号线与激励源阻抗也不一定共轭，因而必须

了解及应用阻抗匹配技术。

（2）λ/4 阻抗变换器

当信号线长L =λ/4，即βL =π/2 时，可得

Zin = Zc2/ZL

上式表明，经λ/4PCB 传输线变换后，其阻抗将发生显著变化。可以知道：

■ 当ZL 不匹配时，可利用对PCB 传输线的再构造来达到匹配目的。

对于两段特性阻抗分别为Z'c、Z"c 的PCB 传输线，

可通过

的PCB 传输线连接以达到使Z'c 与Z"c

匹配的目的。

１６

■ 需注意的是：λ/4 阻抗变换器匹配两段阻抗不同的PCB 传输线后的工作频率很窄。

（3）单分支短路线匹配

■ 可采用在PCB 传输线适当位置并接经过适当构造之短路线的形式改变PCB 传输线阻抗而达到匹配目的。

综上所述，可得微波电路及其PCB 设计原则如下：

● 电路中每一环节与其输入输出端PCB 传输线（或来自上一环节，或去至下一环节）之间，必须进行阻抗

匹配设计。具体设计中，可利用元器件达到目的，也可以直接利用PCB 传输线规格构造来达到目的。

● 在实际中，如果设计的电路及其PCB 具有足够的抗干扰余量，则无论阻抗如何远离匹配状态，均可以维

持预定工作状态。所以，余量设计也是必不可少的设计步骤之一。通常的原则是保证10%的余量（参见有关资料）。

● RF 电路中的剩余频偏除来自于噪声外，还来自于行驻波的周期性脉动，即载波信号在行进过程中周期脉

动而形成之包络线构成的假性调制（也是噪声源之一），但更多的情况是导致中心频点偏移，形成不稳定的假性频点。

● 将波腹点与波节点等效为线上电抗，可以通过构造PCB 传输线规格来改变原有规律（电流波对应于电感，

电压波对应于电容）。

● PCB 中信号传输线路应尽可能短，并尽量远小于λ/4。

● PCB 传输线与激励源之间的匹配，必须通过构造PCB 传输线规格来达到目的。注意：所谓激励源并非唯

一指功能性激励信号源，各不同信号处理环节中，每个上一级网路对下一级来说，也是激励源。

● 可以通过改变PCB 传输线特性阻抗、长度及其负载来构造其输入阻抗。注意：一个下一级PCB 传输线构

成的网络对上一级来说，也是负载。

● PCB 信号传输线输入阻抗与工作波长有关，故各类匹配设计应充分考虑电路中不同区域或时域工作频点。

● 通过在PCB 上设计构造不同长度的短路传输线（有时还需进行规格与形状设计），可以构成各种谐振回

路。

● 利用短路传输线在PCB 上设计谐振回路中，应注意工作频率对线长的限定。

● 对微波级电路之PCB，不存在高阻抗特性，因此需注意悬空线段（有时仅仅是一点尖刺）将会导构成有

害谐振回路（例如导致局部自激振荡等）。

● 采用单分支短路线改善匹配条件，是PCB 设计手段之一。

● 可以知道RF 发射天线匹配的有效长度（另文介绍）。

注：通过后续说明将可知道，上述传输线就是微带线。

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六．微带线

（一）微带基本概念

在前述中，所有涉及微带线的地方均以条状PCB 传输线替代，而未考虑接地板的作用。

１７

通常的微带线，是由层积在介质基片上的导体带条和地板构成。按基本结构可分为非对称式和对称式两种（如

图所示）。

微带线是微波集成电路的主要组成部分。在集成电路中，可以用于连接元器件及构成电容、电感、谐振器、

滤波器等微波元器件。

微带线（即非对称微带传输线）的基本结构是由双传输线的一个特定应用，或称基本的双传输线演变得到，

演变的原则是：

双传输线上电磁场分布为横电磁波（如图13-a 所示），若在两线间构成的平面垂直插入一导电良好的金属

板（如图13-b 所示），将不会改变双传输线的电磁场分布规律，而在条状态导体与金属板之间填入介质材料，

１８

即构成常规微带。

对于微波集成电路（MW-IC）中的微带，介质基片是利用优良的专用材料（如陶瓷、石英、聚四氟乙烯等），

但通常的产品工程（尤其是RF 电路）中却是利用常规（双层或多层）PCB 来构造微带电路，以此作为降低成本

的主要途径。

由图13 所示的演变过程及图13-d 可知：微带线内的场分布仍然为横电磁波。由于介质的相对介电常数较大，所以电磁场能量大部分集中在导体带条与接地板之间的介质夹层内传输，从而比空气介质损耗减少，工作频率提高。

● 可见，构造微带线的PCB 基板应选用相对介质常数较大的材料。

另外，由于微带线中的介质既有空气，又有介质基片，属于非匀称介质情况，从而造成场结构的变化，微带

线内电磁场将出现纵向分量。但当尺寸选择合适并保证工作频率低于5GHz 时，其纵向分量很小，在产品工程实际中，可仍然按横电磁波（TEM）处理而误差较小。

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（二）微带线的特性阻抗

根据上述传输线理论，可知微带线特性阻抗

或

对图14 所示的标准微带线，因其是空气和基板组成的非匀称介质系统。

所以其特性阻抗应介于与之间。可以推出为。

式中，Zc=空气微带线特性阻抗，εe =有效介电常数。

εe 表征微带线处于非匀称介质中时，空气和介质共同对微带线阻抗的影响程度。

可以推出：

Zc0=60ln(8h/w-w/4h) （当w/h≤1）

Zc0=120π/[w/h+2.42-0.44h/w+(1-h/w)6] （当w/h≥1）

εe=(εr +1)/2+[(εr -1)/2](1+10h/w)-1/2

上列三式表明，空气微带线特性阻抗Zc 只与其结构参数w、h 有关。有效介电常数εe 除与w、h 有关外，还与

介质的相对介电常数εr 有关。

１９

当h/w 很小（即导体带条很宽或距离接地板较近）时，εe≈εr，此时可认为电力线全部集中在介质内。相

反，当w/h 很小（即导体条带很窄或距离接地板较远）时，

εe≈(1+εr)/2 相当于空气介质和基板介质的平均值。故εe 在此两种极端情形之间变化。

■ 利用上述公式，可以求得基板介电常数为εr 时，不同w/h 之微带线的特性阻抗Zc（误差小于1.2%）。

显然，也可做相反计算，即已知Zc、，求w/h 值。这也是微波电路PCB 常用的设计方法。

在实际中，常利用上列公式，采用查表法和查曲线法进行设计计算（有关方法请参考相关技术资料）。由上

述可以知道有关微波电路PCB 的设计原则如下：

● PCB 带状条规格将决定其构成的微带线特性阻抗。

● 可通过在带状条上附加镀层方式改变微带线结构特征（同时需考虑镀层之有关趋肤效应的参数）。

● 工作频率越高，越需要采用尽可能薄的PCB 基板。

● 若空间允许，应尽可能是信号走线保持一定宽度。

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（三）微带线的损耗

微带线的损耗主要包括基板的介质损耗、导体的欧姆损耗和辐射损耗。前两种损耗是主要的。只要微带线尺

寸适当，基板的介电常数较高，辐射损耗就可忽略不计。

■ 可见，若想降低辐射干扰，首先应考虑如何规范微带线规格及基板材料。

损耗将导致信号在微带线中的衰减，常用衰减系数α表示这种衰减特性。微带线的衰减主要由介质衰减常数

αd 和欧姆衰减常数αc 来决定，即

α=αd+αc

α 表示微带线单位长度上信号（电压或电流）振幅衰减的对数值。

两种主要损耗相比，欧姆损耗要大得多。可以知道如下PCB 设计原则：

● 介质损耗对衰减影响不显著。尽管如此，对于高频小信号（微波级），仍然应适当考虑。

● 导体带条规格形式对衰减影响较大。

● 基板越薄，衰减越小。

● 基板光洁度越高，衰减越小。

● 设计微带线必须考虑各种因素。在要求低成本情况下获得衰减最小的微带线。

（四）耦合微带线和微带线的不均匀性

1．耦合微带线

２０

耦合微带线（相临两根带条之间存在电磁耦合），是

某些微带电路的基本组成部分。与具有孤立分布参数系统的单根微带线相比，耦合微带线在激励源作用下存在相互作用（类似于电源变压器初次级线圈之间的相互影响）。

通常的耦合微带线，包括两个条带和四个端口，属于四端口网络。目前最常用的分析方法为奇模激励法与偶

模激励法，简称“奇偶模参量法” ，其电磁场的分布如图16 所示。

■ 由于四端口网络及其分析方法较复杂，常常易出现网络实际与分析结果不相符合的情况（微带规格与工

艺精度是主要导致原因），故通常在微波集成电路（MW-IC）中应用。可以知道：

● RF 电路中应避免形成耦合微带电路（不包括特意设计的微带电路），即：在两根带条之间应保持足够距

离，通常对于800MHz 以上工作频率，应不小于1mm（尽可能增大），并且随着频率增加而增加相互间距。如此，相互间的耦合效应方可忽略。

● 耦合微带线的各类参数与单根微带线一样，与其规格参数w、s、h 有关。

2．微带线的不均匀性

在实际PCB 设计及加工中，由于设计经验及加工工艺等问题（有些则是特意而为），常常出现如下图所示的

不均匀微带线。

在具有不均匀性的区域，场的结构将发生很大变化，使得沿线传输的电磁波除在不均匀处发生反射外，还有

部分电磁能被存储。因此，当微带线损耗较低时，这种不均匀性可等效为串联或并联在电路中的电抗元件（如电２１

容、电感、无耗损传输线段等）。

● 可见，若能充分有意识地利用微带的不均匀特性，可在PCB 设计中构造各类特定参数的电抗元件。

七．结束语

文本是在结合微波级射频无线通讯技术研发经验及相关理论基础上给予论述的。

在PCB 设计原则中，有关信号串扰、噪声、电源与地系统的设计等，均可通过上述理论与设计实际得出定性

原则。其它未尽之处，请参考相关专业资料。

无数事实证明，当PCB 设计原则遵循上述理论与设计实际所体现的概念与原则，则基本上可以成功。所以，

上述有关微波PCB 设计方面的基本概念，对目前广泛开展的高频通讯RF 电路（尤其是微波级），应是必须彻底理解并牢记于心的。当然，RF 电路（尤其是微波级RF 电路），涉及必要的分析计算与精心构造，在此没有多作介绍。

特别值得指出的是：上述有关微波级PCB 的设计原则及理论基础，均建立在“微波双传输线”基础上。

通常人们以为微带线是为特定信号处理环节而专门构造，尽管如此，但本文的强调重点却不仅如此，而是希

望大家注意：在RF 电路上的任何走线，都构成特定规格的微带，都会发挥其特定作用，专门设计的微带，发挥出希望的特性，而没有意识地微带，则发挥出对性能的破坏作用。

总之，应特别重视违反传输线理论原则方面对PCB 设计所造成的困难。它们往往定性地体现在数字电路与相

对中低频电路（由于非线性元器件而导致高次谐波产生，从而具备一定的高频电路特征），定性定量地体现在高

频或微波电路上。

通过上面的论述，还可以总结许多有关高频（甚至数字或低频）电路的PCB 设计原则或技巧，请读者自行融

合总结。

关键应用

在产品工程中，PCB 的设计占据非常重要的位置，尤其在高频电设计中。

将高频电路之PCB 的设计原则与技巧应用于数字电路或具有非线性器件的低频电路，则可以大幅提高成功率

射频(RF)PCB设计，在目前公开出版的理论上具有很多不确定性．常被形容为一种“黑色艺术”。

通常情况下．对于微波以下频段的电路(包括低频和低频数字电路)，在全面掌握各类设计原则前提下的仔细规划是一次性成功设计的保证。对于微波以上频段和高频的PC类数字电路，则需要2—3个版本的PCB方能保证电路品质。而对于微波以上频段的RF电路．则往往需要更多版本的PCB设计并不断完善，而且是在具备相当经验的前提下。

由此可知RF电设计上的困难。

RF电路设计的常见问题

数字电路模块和模拟电路模块之间的干扰。

如果模拟电路(射频)和数字电路单独工作，可能各自工作良好。但是。一旦将二者放在同一块电路板上，使用同一个电源一起工作，整个系统很可能就不稳定。这主要是因为数字信号频繁地在地和正电源(>3 V)之间摆动，而且周期特别短，常常是纳秒级的。由于较大的振幅和较短的切换时间，使得这些数字信号包含大量且独立于切换频率的高频成分。在模拟部分，从无线调谐回路传到无线设备接收部分的信号一般小于1 V。因此数字信号与射频信号之间的差别会达到120 dB。显然，如果不能使数字信号与射频信号很好地分离，微弱的射频信号可能遭到破坏，这样一来，无线设备工作性能就会恶化．甚至完全不能工作。

供电电源的噪声干扰

射频电路对于电源噪声相当敏感，尤其是对毛刺电压和其他高频谐波。微控制器会在每个内部时钟周期内短时间突然吸人大部分电流，这是由于现代微控制器都采用CMOS工艺制造。因此，假设一个微控制器以1 MHz 的内部时钟频率运行，它将以此频率从电源提取电流。如果不采取合适的电源去耦．必将引起电源线上的电压毛刺。如果这些电压毛刺到达电路RF部分的电源引脚，严重时可能导致工作失效。

不合理的地线

如果RF电路的地线处理不当．可能产生一些奇怪的现象。对于数字电路设计，即使没有地线层，大多数数字电路功能也表现良好。而在RF频段，即使一根很短的地线也会如电感器一样作用。粗略地计算．每毫米长度的电感量约为1 nH，433 MHz时10 mln PCB线路的感抗约27Q。如果不采用地线层．大多数地线将会较长，电路将无法具有设计的特性。

天线对其他模拟电路部分的辐射干扰

在PCB电路设计中。板上通常还有其他模拟电路。例如，许多电路上都有模，数转换(ADC)或数，模转换器(DAC)。射频发送器的天线发出的高频信号可能会到达ADC的模拟输入端。因为任何电路线路都可能如天线一样发出或接收RF信号。如果ADC输入端的处理不合理。RF信号可能在ADC输入的ESDZ-极管内自激。从而引起ADC 偏差。

RF电路设计原则及方案

RF布局概念

在设计RF布局时．必须优先满足以下几个总原则：

(1)尽可能地把高功率RF放大器(HPA)和低噪音放大器(LNA)隔离开来，简单地说，就是让高功率

RF发射电路远离低功率RF接收电路：

(2)确保PCB板上高功率区至少有一整块地，最好上面没有过孔。当然，铜箔面积越大越好；

(3)电路和电源去耦同样也极为重要；

(4)RF输出通常需要远离RF输入；

(5)敏感的模拟信号应该尽可能远离高速数字信号和RF信号。

物理分区和电气分区设计原则

设计分区可以分解为物理分区和电气分区。物理分区主要涉及元器件布局、方向和屏蔽等；电气分区可以继续分解为电源分配、RF走线、敏感电路和信号以及接地等的分区。

物理分区原则

(1)元器件位置布局原则。元器件布局是实现一个优秀RF设计的关键。最有效的技术是首先固定位于RF路径上的元器件并调整其方向．以便将RF路径的长度减到最小，使输入远离输出，并尽可

能远地分离高功率电路和低功率电路。

(2)PCB堆叠设计原则。最有效的电路板堆叠方法是将主接地面f主地1安排在表层下的第二层，

并尽可能将RF线布置在表层上。将RF路径上的过孔尺寸减到最小．这不仅可以减少路径电感，而且还可以减少主地上的虚焊点。并可减少RF能量泄漏到层叠板内其他区域的机会。

(3)射频器件及其RF布线布局原则。在物理空间上。像多级放大器这样的线性电路通常足以将多个RF区之间相互隔离开来，但是双工器、混频器和中频放大器，混频器总是有多个RF／IF信号相互干扰。因此必须小心地将这一影响减到最小。RF与IF迹线应尽可能十字交叉，并尽可能在它们之间隔一块地。正确的RF路径对整块PCB 的性能非常重要，这就是元器件布局通常在蜂窝电话PCB设计中占大部分时间的原因。

(4)降低高／低功率器件干扰耦合的设计原则。在蜂窝电话PCB上，通常可以将低噪音放大器电路放在PCB的某一面，而将高功率放大器放在另一面．并最终通过双工器把它们在同一面上连接到RF端和基带处理器端的天线上。要用技巧来确保通孔不会把RF能量从板的一面传递到另一面，常用的技术是在二面都使用盲孔。可以通过将通孔安排在PCB板二面都不受RF干扰的区域来将通孔的不利影响减到最小。

成功的RF设计必须仔细注意整个设计过程中每个步骤及每个细节，这意味着必须在设计开始阶段就要进行彻底的、仔细的规划，并对每个设计步骤的进展进行全面持续的评估。而这种细致的设计技巧正是国内大多数电子企

业文化所欠缺的。

近几年来，由于蓝芽设备、无线局域网络(WLAN)设备，和行动电话的需求与成长，促使业者越来越关注RF电路设计的技巧。从过去到现在，RF电路板设计如同电磁干扰(EMI)问题一样，一直是工程师们最难掌控的部份，甚至是梦魇。若想要一次就设计成功，必须事先仔细规划和注重细节才能奏效。

射频(RF)电路板设计由于在理论上还有很多不确定性，因此常被形容为一种「黑色艺术」(black art) 。但这只是一种以偏盖全的观点，RF电路板设计还是有许多可以遵循的法则。不过，在实际设计时，真正实用的技巧是当这些法则因各种限制而无法实施时，如何对它们进行折衷处理。重要的RF设计课题包括：阻抗和阻抗匹配、绝缘层材料和层叠板、波长和谐波...等，本文将集中探讨与RF电路板分区设计有关的各种问题。

微过孔的种类

电路板上不同性质的电路必须分隔，但是又要在不产生电磁干扰的最佳情况下连接，这就需要用到微过孔(microvia)。通常微过孔直径为0.05mm至0.20mm，这些过孔一般分为三类，即盲孔(blind via)、埋孔(bury via)和通孔(through via)。盲孔位于印刷线路板的顶层和底层表面，具有一定深度，用于表层线路和下面的内层线路的连接，孔的深度通常不超过一定的比率(孔径)。埋孔是指位于印刷线路板内层的连接孔，它不会延伸到线路板的表

面。上述两类孔都位于线路板的内层，层压前利用通孔成型制程完成，在过孔形成过程中可能还会重叠做好几个内层。第三种称为通孔，这种孔穿过整个线路板，可用于实现内部互连或作为组件的黏着定位孔。

采用分区技巧

在设计RF电路板时，应尽可能把高功率RF放大器(HPA)和低噪音放大器(LNA)隔离开来。简单的说RF接，就是让高功率RF发射电路远离低功率收电路。如果PCB板上有很多空间，那么可以很容易地做到这一点。但通常零组件很多时，PCB空间就会变的很小，因此这是很难达到的。可以把它们放在PCB板的两面，或者让它们交替工作，而不是同时工作。高功率电路有时还可包括RF缓冲器(buffer)和压控振荡器(VCO)。

设计分区可以分成实体分区(physical partitioning)和电气分区(Electrical partitioning)。实体分区主要涉及零组件布局、方位和屏蔽等问题；电气分区可以继续分成电源分配、RF走线、敏感电路和信号、接地等分区。

实体分区

零组件布局是实现一个优异RF设计的关键，最有效的技术是首先固定位于RF路径上的零组件，并调整其方位，使RF路径的长度减到最小。并使RF输入远离RF输出，并尽可能远离高功率电路和低功率电路。

最有效的电路板堆栈方法是将主接地安排在表层下的第二层，并尽可能将RF线走在表层上。将RF路径上的过孔尺寸减到最小不仅可以减少路径电感，而且还可以减少主接地上的虚焊点，并可减少RF能量泄漏到层叠板内

其它区域的机会。

在实体空间上，像多级放大器这样的线性电路通常足以将多个RF区之间相互隔离开来，但是双工器、混频器和中频放大器总是有多个RF/IF信号相互干扰，因此必须小心地将这一影响减到最小。RF与IF走线应尽可能走十字交叉，并尽可能在它们之间隔一块接地面积。正确的RF路径对整块PCB板的性能而言非常重要，这也就是为什么零组件布局通常在行动电话PCB板设计中占大部份时间的原因。

在行动电话PCB板上，通常可以将低噪音放大器电路放在PCB板的某一面，而高功率放大器放在另一面，并最终藉由双工器在同一面上将它们连接到RF天线的一端和基频处理器的另一端。这需要一些技巧来确保RF能量不会藉由过孔，从板的一面传递到另一面，常用的技术是在两面都使用盲孔。可以藉由将盲孔安排在PCB板两面都不受RF干扰的区域，来将过孔的不利影响减到最小。

金属屏蔽罩

有时，不太可能在多个电路区块之间保留足够的区隔，在这种情况下就必须考虑采用金属屏蔽罩将射频能量屏蔽在RF区域内，但金属屏蔽罩也有副作用，例如：制造成本和装配成本都很高。

外形不规则的金属屏蔽罩在制造时很难保证高精密度，长方形或正方形金属屏蔽罩又使零组件布局受到一些限制；金属屏蔽罩不利于零组件更换和故障移位；由于金属屏蔽罩必须焊在接地面上，而且必须与零组件保持一个

适当的距离，因此需要占用宝贵的PCB板空间。

尽可能保证金属屏蔽罩的完整非常重要，所以进入金属屏蔽罩的数字信号线应该尽可能走内层，而且最好将信号线路层的下一层设为接地层。RF信号线可以从金属屏蔽罩底部的小缺口和接地缺口处的布线层走线出去，不过缺口处周围要尽可能被广大的接地面积包围，不同信号层上的接地可藉由多个过孔连在一起。

尽管有以上的缺点，但是金属屏蔽罩仍然非常有效，而且常常是隔离关键电路的唯一解决方案。

电源去耦电路

此外，恰当而有效的芯片电源去耦(decouple)电路也非常重要。许多整合了线性线路的RF芯片对电源的噪音非常敏感，通常每个芯片都需要采用高达四个电容和一个隔离电感来滤除全部的电源噪音。

最小电容值通常取决于电容本身的谐振频率和接脚电感，C4的值就是据此选择的。C3和C2的值由于其自身接脚电感的关系而相对比较大，从而RF去耦效果要差一些，不过它们较适合于滤除较低频率的噪音信号。RF去耦则是由电感L1完成的，它使RF信号无法从电源线耦合到芯片中。因为所有的走线都是一条潜在的既可接收也可发射RF信号的天线，所以，将射频信号与关键线路、零组件隔离是必须的。

这些去耦组件的实体位置通常也很关键。这几个重要组件的布局原则是：C4要尽可能靠近IC接脚并接地，C3必须最靠近C4，C2必须最靠近C3，而且IC接脚与C4的连接走线要尽可能短，这几个组件的接地端(尤其是C4)通常应当藉由板面下第一个接地层与芯片的接地脚相连。将组件与接地层相连的过孔应该尽可能靠近PCB板上的组件焊盘，最好是使用打在焊盘上的盲孔将连接线电感减到最小，电感L1应该靠近C1。

一个集成电路或放大器常常具有一个开集极(open collector)输出，因此需要一个上拉电感(pullup inductor)来提供一个高阻抗RF负载和一个低阻抗直流电源，同样的原则也适用于对这一电感的电源端进行去耦。有些芯片需要多个电源才能工作，因此可能需要两到三套电容和电感来分别对它们进行去耦处理，如果该芯片周围没有足够的空

间，那么去耦效果可能不佳。

尤其需要特别注意的是:电感极少平行靠在一起，因为这将形成一个空芯变压器，并相互感应产生干扰信号，因此它们之间的距离至少要相当于其中之一的高度，或者成直角排列以使其互感减到最小。

电气分区

电气分区原则上与实体分区相同，但还包含一些其它因素。现代行动电话的某些部份采用不同工作电压，并借助软件对其进行控制，以延长电池工作寿命。这意味着行动电话需要运行多种电源，而这产生更多的隔离问题。电源通常由连接线(connector)引入，并立即进行去耦处理以滤除任何来自电路板外部的噪音，然后经过一组开关或

稳压器，之后，进行电源分配。

在行动电话里，大多数电路的直流电流都相当小，因此走线宽度通常不是问题，不过，必须为高功率放大器的电源单独设计出一条尽可能宽的大电流线路，以使发射时的压降(voltage drop)能减到最低。为了避免太多电流损耗，需要利用多个过孔将电流从某一层传递到另一层。此外，如果不能在高功率放大器的电源接脚端对它进行充分的去耦，那么高功率噪音将会辐射到整块电路板上，并带来各种各样的问题。高功率放大器的接地相当重要，并经

常需要为其设计一个金属屏蔽罩。

RF输出必须远离RF输入

在大多数情况下，必须做到RF输出远离RF输入。这原则也适用于放大器、缓冲器和滤波器。在最坏的情况下，如果放大器和缓冲器的输出以适当的相位和振幅反馈到它们的输入端，那么它们就有可能产生自激振荡。它们可能会变得不稳定，并将噪音和互调相乘信号(intermodulation products)添加到RF信号上。

如果射频信号线从滤波器的输入端绕回输出端，这可能会严重损害滤波器的带通特性。为了使输入和输出得到良好的隔离，首先在滤波器周围必须是一块主接地面积，其次滤波器下层区域也必须是一块接地面积，并且此接地面积必须与围绕滤波器的主接地连接起来。把需要穿过滤波器的信号线尽可能远离滤波器接脚也是个好方法。此外，整块电路板上各个地方的接地都要十分小心，否则可能会在不知不觉中引入一条不希望发生的耦合信道。

有时可以选择走单端(single-ended)或平衡的RF信号线(balanced RF traces)，有关串音(crosstalk)和EMC/EMI的原则在这里同样适用。平衡RF信号线如果走线正确的话，可以减少噪音和串音，但是它们的阻抗通常比较高。而且为了得到一个阻抗匹配的信号源、走线和负载，需要保持一个合理的线宽，这在实际布线时可能会有困难。

缓冲器

缓冲器可以用来提高隔离效果，因为它可把同一个信号分为两个部份，并用于驱动不同的电路。尤其是本地振荡器可能需要缓冲器来驱动多个混频器。当混频器在RF频率处到达共模隔离(common mode isolation)状态时，它将无法正常工作。缓冲器可以很好地隔离不同频率处的阻抗变化，从而电路之间不会相互干扰。

缓冲器对设计的帮助很大，它们可以紧跟在需要被驱动电路的后面，从而使高功率输出走线非常短，由于缓冲器的输入信号电平比较低，因此它们不易对板上的其它电路造成干扰。

压控振荡器

压控振荡器(VCO)可将变化的电压转换为变化的频率，这一特性被用于高速频道切换，但它们同样也将控制电压上的微量噪音转换为微小的频率变化，而这就给RF信号增加了噪音。总之，在压控振荡器处理过以后，再也没有办法从RF输出信号中将噪音去掉。困难在于VCO控制线(control line)的期望频宽范围可能从DC到2MHz，而藉由滤波器来去掉这么宽的频带噪音几乎是不可能的；其次，VCO控制线通常是一个控制频率的反馈回路的一部份，它在很多地方都有可能引入噪音，因此必须非常小心处理VCO控制线。

谐振电路

谐振电路(tank circuit)用于发射机和接收机，它与VCO有关，但也有它自己的特点。简单地说，谐振电路是由一连串具有电感电容的二极管并连而成的谐振电路，它有助于设定VCO工作频率和将语音或数据调变到RF载波上。

所有VCO的设计原则同样适用于谐振电路。由于谐振电路含有数量相当多的零组件、占据面积大、通常运行在一个很高的RF频率下，因此谐振电路通常对噪音非常敏感。信号通常排列在芯片的相邻接脚上，但这些信号接脚又需要与较大的电感和电容配合才能工作，这反而需要将这些电感和电容的位置尽量靠近信号接脚，并连回到一个对噪音很敏感的控制环路上，但是又要尽量避免噪音的干扰。要做到这点是不容易的。

自动增益控制放大器

自动增益控制(AGC)放大器同样是一个容易出问题的地方，不管是发射还是接收电路都会有AGC放大器。AGC 放大器通常能有效地滤掉噪音，不过由于行动电话具备处理发射和接收信号强度快速变化的能力，因此要求AGC 电路有一个相当大的频宽，这就使AGC放大器很容易引入噪音。

设计AGC线路必须遵守模拟电路的设计原则，亦即使用很短的输入接脚和很短的反馈路径，而且这两处都必须远离RF、IF或高速数字信号线路。同样，良好的接地也必不可少，而且芯片的电源必须得到良好的去耦。如果必须在输入或输出端设计一条长的走线，那么最好是选择在输出端实现它，因为，通常输出端的阻抗要比输入端低得多，而且也不容易引入噪音。通常信号电平越高，就越容易将噪音引入到其它电路中。

接地

要确保RF走线下层的接地是实心的，而且所有的零组件都要牢固地连接到主接地上，并与其它可能带来噪音的走线隔离开来。此外，要确保VCO的电源已得到充分去耦，由于VCO的RF输出往往是一个相当高的电平，VCO 输出信号很容易干扰其它电路，因此必须对VCO加以特别注意。事实上，VCO往往放在RF区域的末端，有时

它还需要一个金属屏蔽罩。在所有PCB设计中，尽可能将数字电路远离模拟电路是一个大原则，它同样也适用于RF PCB设计。公共模拟接地和用于屏蔽和隔开信号线的接地通常是同等重要的。同样应使RF线路远离模拟线路和一些很关键的数字信号，所有的RF走线、焊盘和组件周围应尽可能是接地铜皮，并尽可能与主接地相连。微型过孔（microvia）构造板在RF线路开发阶段很有用，它毋须花费任何开销就可随意使用很多过孔，否则在普通PCB板上钻孔将会增加开发成本，这在大批量产时是不经济的。

将一个实心的整块接地面直接放在表面下第一层时，隔离效果最好。将接地面分成几块来隔离模拟、数字RF线路时，其效果并不好，因为最终总是有一些高速信号线要穿过这些分开的接地面，这不是很好的设计。

还有许多与信号和控制线相关的课题需要特别注意，但它们超出了本文探讨的范围。

结语

不论RF PCB设计是不是一门「黑色艺术」，遵守一些基本的RF设计规则和参考一些优异的设计实例将有助于完成RF设计工作。成功的RF设计必须仔细注意整个设计过程中每个步骤及每个细节，这意味着必须在设计开始阶段就要进行彻底的、仔细的规划，并对每个设计步骤的进展进行全面持续的评估。而这种细致的设计技巧正

是国内大多数电子企业文化所欠缺的。

射频 微波工程师经典参考书[精华]

射频微波工程师经典参考书[精华] 射频微波工程师经典参考书 1.《射频电路设计--理论与应用》『美』 Reinhold Ludwig 著电子工业出版社 个人书评:射频经典著作，建议做RF的人手一本，里面内容比较全面，这本书要反复的看，每读一次都会更深一层理解. 随便提一下，关于看射频书籍看不懂的地方怎么办,我提议先看枝干或结论有个大概印象，实在弄不明白就跳过(当然可问身边同事同学或GOOGLE一下)，跳过不是不管它了，而是尽量先看完自己能看懂的，看第二遍的时候再重点抓第一次没有看懂的地方，人的思维是不断升华的，知识的也是一个系统体系，有关联的，当你把每一块砖弄明白了，就自然而然推测出金字塔塔顶是怎么架设出来的。 2. 《射频通信电路设计》『中』刘长军著科学技术出版社 个人书评:有拼凑之嫌(大量引用书1和《微波晶体管放大电路分析与设计》内容)，但还是有可取之处，加上作者的理解，比看外文书(或者翻译本)看起来要通俗易懂，毕竟是中国人口韵。值得一看，书上有很多归纳性的经验. 3(《高频电路设计与制作》『日』市川欲一著科学技术出版社 个人书评:本人说实话比较喜欢日本人写书的风格和语言，及其通俗，配上图示，极其深奥的理论看起来明明朗朗，比那些从头到尾只会搬抄公式的某些教授强们多了，本书作者的实践之作，里面都是一些作者的设计作品和设计方法，推荐一看. 4. 《LC滤波器设计与制作》『日』森荣二著科学技术出版社 个人书评:语言及其通俗易懂，完全没有深奥的理论在里面，入门者

看看不错，但是设计方法感觉有点落后，完全手工计算.也感觉内容的太细致，此书一般. 5. 《振荡电路设计与应用》『日』稻叶宝著科学技术出版社 个人书评:这边书还不错，除了学到振荡电路设计，还学到了很多模拟电路的基础应用，唯一缺点书中的内容涉及频率的都不够高(k级，几M,几十，几百M的振荡器)，做有源电路的可以看一下,整体感觉还行. 6. 《锁相环电路设计与应用》『日』远坂俊昭著科学技术出版社 个人书评:对PLL原理总是搞不太明白的同学可以参考此书，图形图片很多，让人很直观明白，比起其他PLL书只会千篇一律写公式强千倍。好书，值得收藏～ 7. 《信号完整性分析》『美』 Eric Bogatin 著电子工业出版社 个人书评:前几章用物理的方法看电子，感觉不好理解，写的感觉很拗口，翻译好像也有些不到位，但后面几章写的确实好，尤其是关于传输线的，对你理解信号的传输的实际过程，能建立一个很好的模型，推荐大家看一下，此书还是不错的.(看多了RF的，换换胃口) 8. 《高速数字设计》『美』 Howard Johnson著电子工业出版社 个人书评:刚刚卓越买回来，还没有动“她”呢，随便翻了下目录，做高速电路和PCB Layout的工程师一看要看下，这本书也是经典书喔～ 9.《蓝牙技术原理开发与应用》『中』钱志鸿著北京航空航天大 学出版社 个人书评:当时自己做蓝牙产品买的书，前2年仅有的几本，上面讲了一下蓝牙的基本理论(恰当的说翻译了蓝牙标准)，软件，程序的东西占大部分内容. 10.《EMC电磁兼容设计与测试案例分析》『中』郑军奇著电子工业出版社 个人书评:实战性和很强的一本书，本人做产品经常要送去信息产业部电子研究5所做EMC测试，认证.产品认证是产品成功的临门一脚，把这脚球踢好，老板

微波电路课程设计报告(DOC)

重庆大学本科学生课程设计指导教师评定成绩表 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。 重庆大学本科学生课程设计任务书

2、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，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。 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

RF射频电路设计

RF电路的PCB设计技巧 如今PCB的技术主要按电子产品的特性及要求而改变，在近年来电子产品日趋多功能、精巧并符合环保条例。故此，PCB的精密度日高，其软硬板结合应用也将增加。 PCB是信息产业的基础，从计算机、便携式电子设备等，几乎所有的电子电器产品中都有电路板的存在。随着通信技术的发展，手持无线射频电路技术运用越来越广，这些设备(如手机、无线PDA等)的一个最大特点是：第一、几乎囊括了便携式的所有子系统；第二、小型化，而小型化意味着元器件的密度很大，这使得元器件（包括SMD、SMC、裸片等）的相互干扰十分突出。因此，要设计一个完美的射频电路与音频电路的PCB，以防止并抑制电磁干扰从而提高电磁兼容性就成为一个非常重要的课题。 因为同一电路，不同的PCB设计结构，其性能指标会相差很大。尤其是当今手持式产品的音频功能在持续增加，必须给予音频电路PCB布局更加关注.据此本文对手持式产品RF电路与音频电路的PCB的巧妙设计（即包括元件布局、元件布置、布线与接地等技巧）作分析说明。 1、元件布局 先述布局总原则：元器件应尽可能同一方向排列，通过选择PCB进入熔锡系统的方向来减少甚至避免焊接不良的现象；由实践所知，元器件间最少要有 0.5mm的间距才能满足元器件的熔锡要求，若PCB板的空间允许，元器件的间距应尽可能宽。对于双面板一般应设计一面为SMD及SMC元件，另一面则为分立元件。 1.1 把PCB划分成数字区和模拟区 任何PCB设计的第一步当然是选择每个元件的PCB摆放位。我们把这一步称为“布板考虑“。仔细的元件布局可以减少信号互连、地线分割、噪音耦合以及占用电路板的面积。 电磁兼容性要求每个电路模块PCB设计时尽量不产生电磁辐射，并且具有一定的抗电磁干扰能力，因此，元器件的布局还直接影响到电路本身的干扰及抗干扰能力，这也直接关系到所设计电路的性能。

RF电路设计-射频、微波天线技术探微

RF电路设计-射频、微波天线技术探微 RF电路设计-射频、微波天线技术探微 天线在无线电系统里的功能是什么呢？答案是，它是一个「门」、一个接口，透过它，射频能量可以从发射机辐射到外面世界；或从外面世界到达接收机。底下将讨论各种天线系统的技术。 天线特性 天线具有以下的特性和参数： 1. 辐射极场图型（radiation polar pattern）：天线会向四周辐射电磁波，以天线为中心，电磁场在各方向的强度可以用图形描绘出来。 2. 指向性（directivity） 3. 效率 4. 增益 5. 等效面积 6. 相互性（reciprocity）：也叫作Rayleigh-Carson定理。当电压E作用在A天线上，促使B天线产生电流I。此时，使用相同的电压E作用在B天线上，会在A天线上产生振幅和相位都相同的电流I。 7. 接收的噪声功率 8. 终端阻抗，包括辐射电阻。 9. 接收系统的效益指数（G/T）：G是天线的增益，T是噪声温度（noise temperature）。天线的接收灵敏度和G/T值大小有关，若G/T愈高，表示天线对微弱讯号愈敏感，接收效果也愈好。「噪声温度」是很抽象的观念，它的定义应该用数学公式表示。但若要以纯文本描述的话，可以这么说：在一个通讯系统或被测组件里，当频率不变时，被动组件系统的温度会使每单位带宽的噪声功率（noise power）ρ增加，当被动组件系统的ρ值等于此通讯系统的ρ值时，所得到的温度就是「噪声温度」。请注意，被动组件是包含在此通讯系统或被测组件里面，有时此被测组件也被称作「网络的真正终端装置（actual terminals of a network）」。例如：一个单纯电阻的「噪声温度」就是此电阻的真正温度；但是，一颗二极管的「噪声温度」可能是此二极管（真正的终端装置）的真正温度（接脚测量到的温度）之数倍之多。噪声温度是以绝对温度（-273oC）为零度，单位是K（Kelvin ）。 天线类型 辨别下列数种分类法有助于为天线分类： *辐射元素 *反射器天线 *辐射元素数组 辐射元素包括：

射频电路设计与仿真思路分析

射频电路设计与仿真思路分析 发表时间：2020-03-25T06:34:04.616Z 来源：《防护工程》2019年21期作者：曾鸣 [导读] ADS电子设计自动化主要有频域电路仿真、时域电路仿真、三维电磁仿真、通信系统仿真以及数字信号处理仿真设计等. 南宁富桂精密工业有限公司广西南宁 530000 摘要：当前通信技术不断发展，通信设备使用的频率也逐渐提高，射频以及微波电路等被广泛的使用在通信等系统中，高频电路设计在工业领域得到了广泛的关注和重视。新型的半导体器件使高速数字系统和高频模拟系统不断扩张。本文就射频电路设计与仿真进行分析和研究。 关键词：射频电路设计；仿真；思路分析 ADS是当前世界上比较流行的一种微波射频电路、通信系统、RFIC 设计软件，是由美国 Agilent 公司推出的，是微波电路与通信系统的一种仿真软件。这种软件具有丰富的仿真手段，能够实现时域和频域、数字和模拟、线性和非线性等多种仿真功能，科学对设计结果进行分析，促进电路设计频率的提升，是一种比较优秀的微波射频电路，也是当前射频工程人员必备的一种软件。 1 射频电路与ADC分析 1.1 射频电路 射频电路就是一种具有超高频率的无线电波，工作频率比较高的线路，人们一般称作“高频电路”、“微波电路”等。在工程上，一般指的是工作频段的波长为10m-1mm之间的电路，或者是频率为30MHz-300MHz的电路。 当频率不断升高达到射频频段时，一般使用欧姆定律、电压电流或者是基尔霍夫定律对DC和低频电路进行分析，但是已经不够精确。还需要注重分布参数的影响。如果使用电磁场理论方法，虽然能够对全波、分布参数等影响进行分析，但是很难接触到VCO、混频器或者是高频放大器等实用内容。因此射频电路的设计已经成为当前信息技术发展的重要技术。 1.2 ADS ADS电子设计自动化主要有频域电路仿真、时域电路仿真、三维电磁仿真、通信系统仿真以及数字信号处理仿真设计等，被应用通信以及航天中，是当前研究最多的射频电路仿真软件。 2 ADS电子设计自动化的仿真设计方法 ADS软件能够使电路设计者进行模拟、射频微波等电路和通信系统设计，仿真方法主要有时域仿真、频域仿真、系统以及电磁仿真等。 2.1 高频SPICE分析和卷积分析 高频SPICE分析能够对线性以及非线性电路的瞬态效应进行分析，在SPICE仿真器中，对于不能直接使用频域分析模型，比如说微带线带状线等，就可以使用高频SPICE仿真器，仿真过程中，如果高于高频SPICE仿真器，频域分析模型会被拉式变换，然后进入到瞬态分析，并不需要使用者转化。这种高频SPICE不仅能够对低频电路进行瞬态分析，还能够对高频电路的瞬态响应进行分析。此外，还能够进行瞬态噪声的分析，对电路的瞬态噪声进行仿真。卷积分析法是以 SPICE 高频仿真器为基础的一种高级的时域分析的方法，通过卷积分析法能够更加科学的使用时域分析法对频率元件的进行分析。 2.2 线性分析方法 线性分析是一种频域电路仿真分析法，可以对线性、非线性的射频微波电路进行分析，进行线性分析时，软件先对电路中的元件计算需要的线性参数，如电路阻抗、稳定系数、反射系数、噪声以及S、Z、Y参数等，进而对电路进行分析和仿真。 2.3 谐波平衡分析 这种分析方法是对频域、稳定性好，大型号的电路进行分析的仿真方法，能够对多频输入信号的非线性电路进行分析，明确非线性电路的响应，比如谐波失真、噪声等。相比于时域的SPICE 仿真分析反复，这种谐波平衡分析在分析非线性电路时能够提供更加有效并且快速的方法。 SPICE瞬态响应分析、线性S参数分析在分析多频输入信号非线性电路仿真中还存在着一定的不足，而谐波平衡分析方法的出现很好的弥补了这一不足，在当前的高频通信系统中，有很多混频电路结构，谐波平衡分析方法的使用次数也就逐渐增加，重要性也日渐凸显。并

射频电路PCB的设计技巧

射频电路PCB的设计技巧 摘要：针对多层线路板中射频电路板的布局和布线，根据本人在射频电路PCB设计中的经验积累，总结了一些布局布线的设计技巧。并就这些技巧向行业里的同行和前辈咨询，同时查阅相关资料，得到认可，是该行业里的普遍做法。多次在射频电路的PCB设计中采用这些技巧，在后期PCB的硬件调试中得到证实，对减少射频电路中的干扰有很不错的效果，是较优的方案。 关键词：射频电路；PCB；布局；布线 由于射频(RF)电路为分布参数电路，在电路的实际工作中容易产生趋肤效应和耦合效应，所以在实际的PCB设计中，会发现电路中的干扰辐射难以控制，如：数字电路和模拟电路之间相互干扰、供电电源的噪声干扰、地线不合理带来的干扰等问题。正因为如此，如何在PCB的设计过程中，权衡利弊寻求一个合适的折中点，尽可能地减少这些干扰，甚至能够避免部分电路的干涉，是射频电路PCB设计成败的关键。文中从PCB的LAYOUT角度，提供了一些处理的技巧，对提高射频电路的抗干扰能力有较大的用处。 1 RF布局 这里讨论的主要是多层板的元器件位置布局。元器件位置布局的关键是固定位于RF路径上的元器件，通过调整其方向，使RF路径的长度最小，并使输入远离输出，尽可能远地分离高功率电路和低功率电路，敏感的模拟信号远离高速数字信号和RF信号。 在布局中常采用以下一些技巧。 1．1 一字形布局 RF主信号的元器件尽可能采用一字形布局，如图1所示。但是由于PCB板和腔体空间的限制，很多时候不能布成一字形，这时候可采用L形，最好不要采用U字形布局(如图2所示)，有时候实在避免不了的情况下，尽可能拉大输入和输出之间的距离，至少1．5 cm 以上。

射频电路的设计原理及应用

射频电路的设计原理及应用 普通手机射频电路由接收通路、发射通路、本振电路三大电路组成。其主要负责接收信号解调；发射信息调制。早期手机通过超外差变频（手机有一级、二级混频和一 本、二本振电路），后才解调出接收基带信息；新型手机则直接解调出接收基带信息（零中频）。更有些手机则把频合、接收压控振荡器（RX—VCO）也都集成 在中频内部。 射频电路方框图 一、接收电路的结构和工作原理 接收时，天线把基站发送来电磁波转为微弱交流电流信号经滤波，高频放大后，送入中频内进行解调，得到接收基带信息（RXI-P、RXI-N、RXQ-P、RXQ-N）；送到逻辑音频电路进一步处理。 1、该电路掌握重点 （1）、接收电路结构。 （2）、各元件的功能与作用。 （3）、接收信号流程。 2、电路分析 （1）、电路结构。 接收电路由天线、天线开关、滤波器、高放管（低噪声放大器）、中频集成块（接收解调器）等电路组成。早期手机有一级、二级混频电路，其目的把接收频率降低后再解调(如下图)。 接收电路方框图

（2）、各元件的功能与作用。 1)、手机天线： 结构：（如下图）由手机天线分外置和内置天线两种；由天线座、螺线管、塑料封套组成。 作用： a)、接收时把基站发送来电磁波转为微弱交流电流信号。 b)、发射时把功放放大后的交流电流转化为电磁波信号。 2)、天线开关： 结构：(如下图)手机天线开关（合路器、双工滤波器）由四个电子开关构成。 图一、图二 作用：其主要作用有两个： a）、完成接收和发射切换； b）、 完成900M/1800M信号接收切换。 逻辑电路根据手机工作状态分别送出控制信号（GSM-RX-EN；DCS- RX-EN；GSM-TX-EN；DCS- TX-EN），令各自通路导通，使接收和发射信号各走其道，互不干扰。 由于手机工作时接收和发射不能同时在一个时隙工作（即接收时不发射，发射时不接收）。因此后期新型手机把接收通路的两开关去掉，只留两个发射转换开关；接收切换任务交由高放管完成。 3）、滤波器： 结构：手机中有高频滤波器、中频滤波器。 作用：其主要作用：滤除其他无用信号，得到纯正接收信号。后期新型手机都为零中频手机；因此，手机中再没有中频滤波器。 4）、高放管（高频放大管、低噪声放大器）： 结构：手机中高放管有两个：900M高放管、1800M高放管。都是三极管共发射极放大电路；后期新型手机把高放管集成在中频内部。

射频电路设计公式

射频电路设计对特性阻抗Z的经验公式做公式化处理，参见P61 波阻抗公式： E H =Z= μ/ε=377Ω? 相速公式： v=ω β = 1 εμ 电抗公式： Xc= 1 Xl=ωL 直流电阻公式： R= l σS = l πa2σ 高频电阻公式： R′=a R 高频电感公式： L=R′ω 趋肤厚度公式： δ= 1πfμσ 铜线电感实用公式： L′=R a πfμσ= 2l 2 ? 1 πδμσ= 2l μ0/πσf= 1.54 f uH 高频电容公式： C=εA d 高频电导率： G=σA = ωεA = ωC 电容引线电感经验公式： L′=Rd?a πfμ.σ= 2lμ. = 771 f nH

电容引线串联电阻公式： R′=R?a 2δ = 2l 2πaσ πfμ.σ= l a μ.f πσ =4.8 fμΩ 电容漏电阻： R=1 G = 1 2πfC?tanΔ = 33.9exp6 f MΩ TanΔ的定义： ESR=tanΔωC 空气芯螺旋管的电感公式： L= πr2μ.N2螺旋管的电容： C=ε.?2πrN?2a l N =4πε.? raN2 l 微分算符的意义： ? x= 0? ? ?z ? ?y ? 0? ?? ? ?y ? ?x 电容，电感，电导，电阻的定义： C=εw d L= d G= σw R= d σw 特性阻抗表达式：

Z=L C 若是平行板传输线： Z=μεd w 关于微带线设计的若干公式： w/h < 1时， Z= Z. 2π ε′ 8? w + w 4? 其中， Z.=376.8Ω ε′=εr+1 + εr?1 1+ 12h? 1 2 +0.041? w2 w/h>1时 Z= Z. ε′? 1.39+ w h+ 2 3ln w h+1.444 其中， ε′=εr+1 + εr?1 1+ 12h? 1 2 如何设计微带线w/h<2时： w h = 8e A e2A?2 其中， A=2πZ Z. εr+1 2 + εr?1 εr+1 0.23+ 0.11 εr w/h>2时： W =2 (B?1?ln2B?1+ εr?1 (ln B?1 +0.39? 0.61 )) 其中， B= Z.π2Zεr 反射系数的定义：

2016年《射频电路设计》实验

实验三RFID标签的设计、制作及测试一、【实验目的】 在实际的生产过程中，RFID电子标签在设计并测试完成后，都是在流水线上批量制造生产的。为了让学生体会RFID标签天线设计的理念和工艺，本实验为学生提供了一个手工蚀刻制作RFID电子标签的平台，再配合微调及测试，让学生在亲自动手的过程中，不断地尝试、提炼总结，从而使学生对RFID标签天线的设计及生产工艺，有进一步深刻的理解。 二、【实验仪器及材料】 计算机一台、HFSS软件、覆铜板、Alien Higgs芯片、热转印工具、电烙铁、标签天线实物，UHF测试系统，皮尺 三、【实验内容】 第一步（设计）：从UHF标签天线产品清单中，挑选出一款天线结构，或者自己设计一款标签天线结构，进行HFSS建模画图 第二步（制作）：将第一步中设计好的标签模型用腐蚀法进行实物制作 第三步（测试）：利用UHF读写器测试第二步中制作的标签实物性能 四、【实验要求的知识】 下图是Alien（意联）公司的两款标签天线，型号分别为ALN-9662和ALN-9640。这两款天线均采用弯折偶极子结构。弯折偶极子是从经典的半波偶极子结构发展而来，半波偶极子的总长度为波长的一半，对于工作在UHF频段的半波偶极子，其长度为160mm，为了使天线小型化，采用弯折结构将天线尺寸缩小，可以适用于更多的场合。ALN-9662的尺寸为70mm x 17mm，ALN-9640的尺寸为94.8mm x 8.1mm，之所以有不同的尺寸是考虑到标签的使用情况和应用环境，因为天线的形状和大小必须能够满足标签顺利嵌入或贴在所指定的目标上，也需要适合印制标签的使用。例如，硬纸板盒或纸板箱、航空公司行李条、身份识别卡、图书等。 ALN-9662天线版图 ALN-9640天线版图

手机电路原理,通俗易懂

第二部分原理篇 第一章手机的功能电路 ETACS、GSM蜂窝手机是一个工作在双工状态下的收发信机。一部移动电话包括无线接收机(Receiver)、发射机(Transmitter)、控制模块(Controller)及人机界面部分(Interface)和电源(Power Supply)。 数字手机从电路可分为，射频与逻辑音频电路两大部分。其中射频电路包含从天线到接收机的解调输出，与发射的I/Q调制到功率放大器输出的电路；逻辑音频包含从接收解调到，接收音频输出、发射话音拾取(送话器电路)到发射I/Q调制器及逻辑电路部分的中央处理单元、数字语音处理及各种存储器电路等。见图1-1所示 从印刷电路板的结构一般分为：逻辑系统、射频系统、电源系统，3个部分。在手机中，这3个部分相互配合，在逻辑控制系统统一指挥下，完成手机的各项功能。 图1-1手机的结构框图 注：双频手机的电路通常是增加一些DCS1800的电路,但其中相当一部分电路是DCS 与GSM通道公用的。 第二章射频系统 射频系统由射频接收和射频发射两部分组成。射频接收电路完成接收信号的滤波、信号放大、解调等功能；射频发射电路主要完成语音基带信号的调制、变频、功率放大等功能。手机要得到GSM系统的服务,首先必须有信号强度指示,能够进入GSM网络。手机电路中不管是射频接收系统还是射频发射系统出现故障,都能导致手机不能进入GSM网络。 对于目前市场上爱立信、三星系列的手机,当射频接收系统没有故障但射频发射系统有故障时,手机有信号强度值指示但不能入网；对于摩托罗拉、诺基亚等其他系列的手机,不管哪一部分有故障均不能入网,也没有信号强度值指示。当用手动搜索网络的方式搜索网络时,如能搜索到网络,说明射频接收部分是正常的；如果不能搜索到网络,首先可以确定射频接收部分有故障。 而射频电路则包含接收机射频处理、发射机射频处理和频率合成单元。 第一节接收机的电路结构 移动通信设备常采用超外差变频接收机，这是因为天线感应接收到的信号十分微弱,而鉴频器要求的输人信号电平较高,且需稳定。放大器的总增益一般需在120dB以上,这么大的放大量,要用多级调谐放大器且要稳定,实际上是很难办得到的，另外高频选频放大器的通带宽度太宽,当频率改变时,多级放大器的所有调谐回路必须跟着改变，而且要做到统一调谐,

射频电路设计与仿真论文

射频电路设计与仿真 一：摘要 ADS是美国Agilent公司推出的微波电路和通信系统的仿真软件，是当今世界最流行的微波射频电路，通信系统，RFIC 设计软件，也是国内高校，科研院所和大型IT公司使用最多的软件之一。ADS 的强大，仿真手段丰富，可实现包括时域与频域，数字与模拟，线性与非线性，噪声等多种仿真功能，并可对设计结果进行成品率分析与优化，提高复杂电路的设计效率，是优秀的微波射频电路，系统信号链路的设计工具，是射频工程师必备的工具软件之一。 二:正文 1：ADS软件可以对电路进行模拟，完成射频，微博电路及通信系统的设计，主要包括以下几种分析和仿真方法。 1)高频SPICE分析和卷积分析，高频SPICE分析方法提供如 SPICE仿真器般的瞬态分析，可分析线性或非线性电路的 瞬时效应。 2)线性分析线性分析是频域电路仿真分析方法，可以对线性 或非线性的射频与微波电路做线性分析。 3)谐波平衡分析谐波平衡分析提供频域，稳态，大信号的 电路分析仿真方法。可以用于分析具有多频输入信号的非 线性电路得到非线性电路，得到非线性的电路响应，如噪 声，功率压缩点，谐波失真等。 4)电路包络分析电路包络分析包含时域与频域的分析方

法，使用在包含调频信号的电路或通信系统中。 5)射频系统分析射频系统分析方法给用户提供模拟评估系 统特性，其中系统的电路模型出可以使用行为级模型外， 还可以使用元件电路模型进行响应印证。 6)托勒密分析托勒密分析方法可以同时仿真包括数字信 号，模拟和高频信号的混合模拟系统。ADS分别提供了数 字元件模型及模拟高频元件模型在设计中直接使用。 7)电磁仿真分析 ADS 软件提供了3D平面电磁仿真分析功能 ---Momentum,可以用于仿真微带线，带状线，共面波导等 原件的电磁特性，天线的辐射特性，已经PCB上的寄生， 柔和效应。 2：ADS仿真器的介绍 ADS集成多种仿真软件的优点，仿真手段丰富，功能强大，很快就成为全球内业界流行的EDA设计工具。下面介绍ADS在射频，模拟电路设计中常用的仿真器及其功能。 1）直流仿真直流仿真是所有仿真的基础，它可执行电路的拖扑检查，以及直流工作点的扫描和分析。 2）交流仿真交流仿真能获取小信号传输参数，如电压增益，电流增益，线性噪声电压和电流。 3）S参数仿真微波器件在小信号工作时，被认为工作在线性状态，是一个线性网络：在大信号工作时，被认为工作 在非线性状态，是一个非线性网络。

射频与微波技术原理和应用

射频与微波技术原理及应用培训教材 华东师范大学微波研究所 一、Maxwell(麦克斯韦)方程 Maxwell 方程是经典电磁理论的基本方程，是解决所有电磁问题的基础，它用数学形式概括了宏观电磁场的基本性质。其微分形式为 0 B E t D H J t D B ρ???=- ????=+??=?= (1.1) 对于各向同性介质，有 D E B H J E εμσ=== (1.2) 其中D 为电位移矢量、B 为磁感应强度、J 为电流密度矢量。 电磁场的问题就是通过边界条件求解Maxwell 方程，得到空间任何位置的电场、磁 场分布。对于规则边界条件，Maxwell 方程有严格的解析解。但对于任意形状的边界条件，Maxwell 方程只有近似解，此时应采用数值分析方法求解，如矩量法、有限元法、时域有限差分法等等。目前对应这些数值方法，有很多商业的电磁场仿真软件，如Ansoft 公司的Ensemble 和HFSS 、Agilent 公司的Momentum 和ADS 、CST 公司的Microwave Studio 以及Remcom 公司的XFDTD 等。 由矢量亥姆霍兹方程联立Maxwell 方程就得到矢量波动方程。当0,0J ρ==时，有 222200E k E H k H ?+=?+= (1.3) 其中k 为传播波数，22k ωμε=。 二、传输线理论 传输线理论又称一维分布参数电路理论，是射频、微波电路设计和计算的理论基

础。传输线理论在电路理论与场的理论之间起着桥梁作用，在微波网络分析中也相当重要。 1、微波等效电路法 低频时是利用路的概念和方法，各点有确切的电压、电流概念，以及明确的电阻、电感、电容等，这是集总参数电路。在集总参数电路中，基本电路参数为L、C、R。由于频率低，波长长，电路尺寸与波长相比很小，电磁场随时间变化而不随长度变化，而且电感、电阻、线间电容和电导的作用都可忽略，因此整个电路的电能仅集中于电容中，磁能集中于电感线圈中，损耗集中于电阻中。 射频和微波频段是利用场的概念和方法，主要考虑场的空间分布，测量参数由电压U 、电流I转化为频率f、功率P 、驻波系数等，这是分布参数电路。在分布参数电路中，电磁场不仅随时间变化也随空间变化，相位有明显的滞后效应，线上每点电位都不同，处处有储能和损耗。 由于匀直无限长的传输系统在现实中是不存在的，因此工程上常用微波等效电路法。微波等效电路法的特点是：一定条件下“化场为路”。具体内容包括： (1)、将均匀导波系统等效为具有分布参数的均匀传输线； (2)、将不均匀性等效为集总参数微波网络； (3)、确定均匀导波系统与不均匀区的参考面。 2、传输线方程及其解 传输线方程是传输线理论的基本方程，是描述传输线上的电压、电流的变化规律及其相互关系的微分方程。电路理论和传输线之间的关键不同处在于电尺寸。集总参数电路和分布参数电路的分界线可认为是l/λ≥0.05。 以传输TEM模的均匀传输线作为模型，如图1所示。在线上任取线元dz来分析(dz<<λ)，其等效电路如图2所示。终端负载处为坐标起点，向波源方向为正方向。 图1. 均匀传输线模型图2、线元及其等效电路根据等效电路，有

射频电路设计技巧

实用资料——射频电路板设计技巧成功的RF设计必须仔细注意整个设计过程中每个步骤及每个细节，这意味着必须在设计开始阶段就要进行彻底的、仔细的规划，并对每个设计步骤的进展进行全面持续的评估。而这种细致的设计技巧正是国内大多数电子企业文化所欠缺的。 近几年来，由于蓝牙设备、无线局域网络(WLAN)设备，和移动电话的需求与成长，促使业者越来越关注RF电路设计的技巧。从过去到现在，RF电路板设计如同电磁干扰(EMI)问题一样，一直是工程师们最难掌控的部份，甚至是梦魇。若想要一次就设计成功，必须事先仔细规划和注重细节才能奏效。 射频(RF)电路板设计由于在理论上还有很多不确定性，因此常被形容为一种「黑色艺术」(black art) 。但这只是一种以偏盖全的观点，RF电路板设计还是有许多可以遵循的法则。不过，在实际设计时，真正实用的技巧是当这些法则因各种限制而无法实施时，如何对它们进行折衷处理。重要的RF设计课题包括：阻抗和阻抗匹配、绝缘层材料和层叠板、波长和谐波...等，本文将集中探讨与RF电路板分区设计有关的各种问题。 微过孔的种类 电路板上不同性质的电路必须分隔，但是又要在不产生电磁干扰的最佳情况下连接，这就需要用到微过孔(microvia)。通常微过孔直径为0.05mm至0.20mm，这些过孔一般分为三类，即盲孔(blind via)、埋孔(bury via)和通孔(through via)。盲孔位于印刷线路板的顶层和底层表面，具有一定深度，用于表层线路和下面的内层线路的连接，孔的深度通常不超过一定的比率(孔径)。埋孔是指位于印刷线路板内层的连接孔，它不会延伸到线路板的表面。上述两类孔都位于线路板的内层，层压前利用通孔成型制程完成，在过孔形成过程中可能还会重叠做好几个内层。第三种称为通孔，这种孔穿过整个线路板，可用于实现内部互连或作为组件的黏着定位孔。 采用分区技巧 在设计RF电路板时，应尽可能把高功率RF放大器(HPA)和低噪音放

射频工程师必读书籍

ADS，MWO，Ansoft还是CST、HFSS 频微波类书 希望对大家有点帮助： 1.《射频电路设计--理论与应用》『美』Reinhold Ludwig 著电子工业出版社 个人书评：射频经典著作，建议做RF的人手一本，里面内容比较全面，这本书要反复的看，每读一次都会更深一层理解. 随便提一下，关于看射频书籍看不懂的地方怎么办？我提议先看枝干或结论有个大概印象，实在弄不明白就跳过（当然可问身边同事同学或GOOGLE一下），跳过不是不管它了，而是尽量先看完自己能看懂的，看第二遍的时候再重点抓第一次没有看懂的地方，人的思维是不断升华的，知识的也是一个系统体系，有关联的，当你把每一块砖弄明白了，就自然而然推测出金字塔塔顶是怎么架设出来的。 2. 《射频通信电路设计》『中』刘长军著科学技术出版社 个人书评：有拼凑之嫌（大量引用书1和《微波晶体管放大电路分析与设计》内容），但还是有可取之处，加上作者的理解，比看外文书（或者翻译本）看起来要通俗易懂，毕竟是中国人口韵。值得一看，书上有很多归纳性的经验. 3．《高频电路设计与制作》『日』市川欲一著科学技术出版社 个人书评：本人说实话比较喜欢日本人写书的风格和语言，及其通俗，配上图示，极其深奥的理论看起来明明朗朗，比那些从头到尾只会搬抄公式的某些教授强们多了，本书作者的实践之作，里面都是一些作者的设计作品和设计方法，推荐一看. 4. 《LC滤波器设计与制作》『日』森荣二著科学技术出版社 个人书评：语言及其通俗易懂，完全没有深奥的理论在里面，入门者看看不错，但是设计方法感觉有点落后，完全手工计算.也感觉内容的太细致，此书一般. 5. 《振荡电路设计与应用》『日』稻叶宝著科学技术出版社 个人书评：这边书还不错，除了学到振荡电路设计，还学到了很多模拟电路的基础应用，唯一缺点书中的内容涉及频率的都不够高（k级，几M,几十，几百M的振荡器），做有源电路的可以看一下,整体感觉还行. 6. 《锁相环电路设计与应用》『日』远坂俊昭著科学技术出版社 个人书评：对PLL原理总是搞不太明白的同学可以参考此书，图形图片很多，让人很直观明白，比起其他PLL书只会千篇一律写公式强千倍。好书，值得收藏！ 7. 《信号完整性分析》『美』Eric Bogatin 著电子工业出版社 个人书评：前几章用物理的方法看电子，感觉不好理解，写的感觉很拗口，翻译好像也有些不到位，但后面几章写的确实好，尤其是关于传输线的，对你理解信号的传输的实际过程，能建立一个很好的模型，推荐大家看一下，此书还是不错的.（看多了RF的，换换胃口）8. 《高速数字设计》『美』Howard Johnson著电子工业出版社 个人书评：刚刚卓越买回来，还没有动“她”呢，随便翻了下目录，做高速电路和PCB Layout 的工程师一看要看下，这本书也是经典书喔！ 9.《蓝牙技术原理开发与应用》『中』钱志鸿著北京航空航天大学出版社 个人书评：当时自己做蓝牙产品买的书，前2年仅有的几本，上面讲了一下蓝牙的基本理论（恰当的说翻译了蓝牙标准），软件，程序的东西占大部分内容. 10.《EMC电磁兼容设计与测试案例分析》『中』郑军奇著电子工业出版社 个人书评：实战性和很强的一本书，本人做产品经常要送去信息产业部电子研究5所做EMC 测试，认证.产品认证是产品成功的临门一脚，把这脚球踢好，老板会很赏识你的，如果你也负责产品的EMC，这本书必读。作者写有很多实例，很有代表性，对你解决EMC问题，会有引导性（指导性）的的意义。

射频微波电路作业1-7(答案版)(DOC)

第一章射频/微波工程介绍 1.简述常用无线电的频段划分和射频的定义。 射频/微波处于普通无线电波与红外线之间,是频率最高的无线电波,它的频带宽度比所有普通无线电波波段总和大1000倍以上 2.简述P，L，S，C，X，Ku，K，Ka波段的频段划分方法。 3.简述射频/微波的四种基本特性和相比普通无线电的优点。 四个基本特性： 1、似光性； 2、穿透性 3、非电离性 4、信息性 优点： (1) 频带宽。可传输的信息量大。 (2) 分辨率高。连续波多普勒雷达的频偏大,成像更清晰,反应更灵敏。 (3) 尺寸小。电路元件和天线体积小。 (4) 干扰小。不同设备相互干扰小。 (5) 速度快。数字系统的数据传输和信号处理速度快。 (6) 频谱宽。频谱不拥挤,不易拥堵,军用设备更可靠。 4.简述射频铁三角的具体内涵。 由于频率、阻抗和功率是贯穿射频/微波工程的三大核心指标,故将其称为射频铁三角。 5.给出几种分贝的定义：dB, dBm，dBc，dBc/Hz，10 dBm+10 dB=？ 第二章传输线理论 1.解释何为“集肤效应”？集总参数元件的射频特性与低频相比有何特点？ 在交流状态下,由于交流电流会产生磁场,根据法拉第电磁感应定律,此磁场又会产生电场,与此电场联系的感生电流密度的方向将会与原始电流相反。这种效应在导线的中心部位(即r=0位置)最强,造成了在r=0附近的电阻显著增加,因而电流将趋向于在导线外表面附近流动,这种现象将随着频率的升高而加剧,这就是通常所说的“集肤效应”。 电阻：在低频率下阻抗即等于电阻R,而随着频率的升高达到10MHz以上,电容Ｃa的影响开始占优,导致总阻抗降低；当频率达到20GHz左右时,出现了并联谐振点；越过谐振点后,引线电感的影响开始表现出来,阻抗又加大并逐渐表现为开路或有限阻抗值。 电容：理想状态下,极板间介质中没有电流。在射频/微波频率下,实际的介质并非理想介质，故在介质内部存在传导电流,也就存在传导电流引起的损耗,更重要的是介质中的带电粒子具有一定的质量和惯性,在电磁场的作用下,很难随之同步振荡,在时间上有滞后现象,也会引起对能量的损。 电感：电感线圈的高频特性已经完全不同于理想电感,在谐振点之前其阻抗升高很快,而在谐振点之后,由于寄生电容C s的影响已经逐步处于优势地位而逐渐减小。 2.简述微波电路中Q值的概念。 品质因素Q表示一个元件的储能和耗能之间的关系,即 3.简述传输线有哪几种工作状及其对应的负载反射系数。 当Z L=Z0或为无限长传输线时,ΓL=0,无反射波,是行波状态或匹配状态。 当Z L为纯电抗元件或处于开路或者短路状态时,|ΓL|＝1,全反射, 为驻波状态。 当Z L为其他值时,|ΓL|≤1, 为行驻波状态。 4.给出电压驻波比、回波损耗与负载反射系数的关系。 线上任意点的反射系数为

RF电路及设计的基础知识

微波电路及设计的基础知识 1. 微波电路的基本常识 2. 微波网络及网络参数 3. Smith圆图 4. 简单的匹配电路设计 5. 微波电路的计算机辅助设计技术及常用的CAD软件 6. 常用的微波部件及其主要技术指标 7. 微波信道分系统的设计、计算和指标分配 8. 测试及测试仪器

微波电路及其设计 1.概述 所谓微波电路，通常是指工作频段的波长在10m～1cm(即30MHz～30GHz)之间的电路。此外，还有毫米波（30～300GHz）及亚毫米波（150GHz～3000GHz）等。 实际上，对于工作频率较高的电路，人们也经常称为“高频电路”或“射频（RF）电路”等等。 由于微波电路的工作频率较高，因此在材料、结构、电路的形式、元器件以及设计方法等方面，与一般的低频电路和数字电路相比，有很多不同之处和许多独特的地方。 作为一个独立的专业领域，微波电路技术无论是在理论上，还是在材料、工艺、元器件、以及设计技术等方面，都已经发展得非常成熟，并且应用领域越来越广泛。 另外，随着大规模集成电路技术的飞速发展，目前芯片的工作速度已经超过了1GHz。在这些高速电路的芯片、封装以及应用电路的设计中，一些微波电路的设计技术也已得到了充分的应用。以往传统的低频电路和数字电路，与微波电路之间的界限将越来越模糊，相互间的借鉴和综合的技术应用也会越来越多。 2.微波电路的基本常识 2.1 电路分类 2.1.1 按照传输线分类 微波电路可以按照传输线的性质分类，如：

图1 微带线 图2 带状线 图3 同轴线

图4 波导 图5 共面波导 2.1.2 按照工艺分类 微波混合集成电路：采用分离元件及分布参数电路混合集成。 微波集成电路（MIC）：采用管芯及陶瓷基片。 微波单片集成电路（MMIC）：采用半导体工艺的微波集成电路。 图6微波混合集成电路示例

射频电路结构和工作原理

射频电路结构和工作原理 一、射频电路组成和特点： 普通手机射频电路由接收通路、发射通路、本振电路三大电路组成。其主要负责接收信号解调；发射信息调制。早期手机通过超外差变频（手机有一级、二级混频和一本、二本振电路），后才解调出接收基带信息；新型手机则直接解调出接收基带信息（零中频）。更有些手机则把频合、接收压控振荡器（RX—VCO）也都集成在中频内部。 RXI-P RXQ-P RXQ-N （射频电路方框图） 1、接收电路的结构和工作原理： 接收时，天线把基站发送来电磁波转为微弱交流电流信号经滤波，

高频放大后，送入中频内进行解调，得到接收基带信息（RXI-P、RXI-N、RXQ-P、RXQ-N）；送到逻辑音频电路进一步处理。 1、该电路掌握重点: （1）、接收电路结构。 （2）、各元件的功能与作用。 (3)、接收信号流程。 电路分析: （1）、电路结构。 接收电路由天线、天线开关、滤波器、高放管（低噪声放大器）、中频集成块（接收解调器）等电路组成。早期手机有一级、二级混频电路，其目的把接收频率降低后再解调(如下图)。 （接收电路方框图） （2）、各元件的功能与作用。 1)、手机天线： 结构：（如下图）

由手机天线分外置和内置天线两种；由天线座、螺线管、塑料封套组成。 塑料封套螺线管 （外置天线）（内置天线） 作用： a)、接收时把基站发送来电磁波转为微弱交流电流信号。 b)、发射时把功放放大后的交流电流转化为电磁波信号。 2)、天线开关： 结构：（如下图） 手机天线开关（合路器、双工滤波器）由四个电子开关构成。 900M收收GSM 900M收控收控 900M发控GSM 900M发入GSM （图一）（图二） 作用：其主要作用有两个： a）、完成接收和发射切换； b）、完成900M/1800M信号接收切换。

手机射频接收功能电路分析

一、接收电路的基本组成 移动通信设备常采用超外差变频接收机。这是因为天线感应接收到的信号十分微弱，而鉴频器要求的输入信号电平较高而且稳定。放大器的总增益一般需在120dB以上。这么大的放大量，要用多级调谐放大器且要稳定，实际上是很难办得到的。另外高频选频放大器的通带宽度太宽，当频率改变时，多级放大器的所有调谐回路必须跟着改变，而且要做到统一调谐，这也是难以做到的。超外差接收机则没有这种问题，它将接收到的射频信号转换成固定的中频，其主要增益来自于稳定的中频放大器。 手机接收机有三种基本的框架结构：一种是超外差一次变频接收机，一种是超外差二次变频接收机，第三种是直接变频线性接收机。 超外差变频接收机的核心电路就是混频器，可以根据手机接收机电路中混频器的数量来确定该接收机的电路结构。 1.超外差一次变频接收机 接收机射频电路中只有一个混频电路的称作超外差一次变频接收机。超外差一次变频接收机的原理方框图如图4-1所示。它包括天线电路(ANT)、低噪声放大器(LNA)、混频器(Mixer)、中频放大器(IF Amplifier)和解调电路(Demodula tor)等。摩托罗拉手机接收电路基本上都采用以上电路。 超外差一次变频接收机工作过程是：天线感应到的无线蜂窝信号(GSM900频段935,--960MHz或DCSl800频段1805---1880MHz)不断变频，经天线电路和射频滤波器进入接收电路。接收到的信号首先由低噪声放大器进行放大，放大后的信号再经射频滤波器后，被送到混频器。在混频器中，射频信号与接收VCO信号进行混频，得到接收中频信号。中频信号经中频放大后，在中频处理模块内进行RXI／Q解调，解调所用的参考信号来自接收中频VCO。该信号首先在中频处理电路中被分频，然后与接收中频信号进行混频，得到67.707kHz的RXI／Q信号。2.超外差二次变频接收机 若接收机射频电路中有两个混频电路，则该机是超外差二次变频接收机。超外差二次变频接收机的方框图：如图4-2所示。 与一次变频接收机相比，二次变频接收机多了一个混频器和一个VCO，这个V CO在一些电路中被叫作IFVCO或VHFVCO。诺基亚手机、爱立信手机、三星、松下和西门子等手机的接收电路大多数属于这种电路结构。 在图4—1和图4-2中，解调电路部分也有VCO，应注意的是，该处的VCO 信号是用于解调，作参考信号而且该VCO信号通常来自两种方式：一是来自基准频率信号13MHz，另一种是来自专门的中频VCO。 超外差二次变频接收机工作过程是：天线感应到的无线蜂窝信号(GSM900频段935~960MHz或DCSl800频段1805—1880MHz)经天线电路和射频滤波器进入接收电路。接收到的信号首先由低噪声放大器进行放大放大后的信号再经射频滤波后被送到第一混频器。在第一混频器中，射频信号接收VCO信号进行混频，得到接收第一中频信号。第一中频信号与接收第二本机振荡信号混频，得到接收第二中频。接收第二本机振荡来自VHFVCO电路。接收第二中频信号经二中频放大后，在中频处理模块内进行RXI／Q解调，解调所用的参考信号来自接收中频VCO。该信号首先在中频处理电路中被分频，然后与接收中频信号进行混频，得到67. 707kHz的RXI／Q信号。 3.直接变频线性接收机