2.4GHZ微带渐变阻抗变换器设计报告

波导到微带转换电路一、技术指标要求：工作频率：26.5~40GHz输入/输出驻波比：<1.2插入损耗：<1.0dB二、理论分析：现在波导到微带的转换电路一般采用E面或H面插入探针的办法实现。

本设计做的是H面探针的模型仿真。

仿真模型如下图1所示：矩形波导的主模是TE模，电场在宽边的中心处达到最大值，所以将微带探针从10宽边中心插入波导，这样波导中的场将在探针上尽可能大的激励起电流。

探针附近被激励起的高次模存储无功功率的局部场，使接头具有电抗性质。

由于探针过渡具有容性电抗，一段具有感性电抗的高阻线被串联在探针过渡器后面，以消除容性电抗。

通过仿真发现对转换电路影响较大的参量有6个，分别是：探针长度L1，探针宽度W1，开口面大小（宽d，高h），高阻抗线长度L2，高阻抗线宽度W2，短路面离探针的距离D。

由于短路面为电壁，所以在短路面的四分之一波长处的电场有最大值，设计时将D取为四分之一波长。

三、设计过程：本设计中心频率取工作的两边界和的一半大约为33GHZ，工作频段为26.5GHz 到40GHz。

确定矩形波导尺寸、基板的材料和尺寸以及微带金属条带的初始尺寸并建立模型。

此处采用WR-28标准矩形波导，尺寸为7.112mm*3.556mm，基板材料选用Rogers5880型基片，厚度为0.254mm，相对介电常数为2.2，微带金属条带厚度为0.05mm，通过阻抗软件计算得出50欧姆微带线在33GHZ的宽度为0.75mm。

波导开口面的大小对电路的性能有一定的影响，为了抑制高次模又较好的实现匹配这里取开口面宽边d为1.8mm高h为1mm。

探针的尺寸先设置初始值在通过HFSS仿真优化得出长度L1=1.79mm，宽度W1=0.8mm，厚度取0.05mm。

高阻抗线长度L2=0.5mm，宽度W2=0.3mm，厚度取0.05mm。

短路面至探针的距离经计算得D=2.28mm。

整个波导的长度取为13.28mm。

四、设计结果及存在问题分析：从下图S21的曲线图可以看出在26.5GHZ-40GHZ频段S21的大小都小于0.065Db,信号能很好的传输满足插损要求。

1 绪论1 绪论　1.1 课题背景及其意义　近年来，移动通信产业的快速发展带动了无线通信技术及其研究的发展，也使宽带无线接入技术得到了快速发展和应用，如无线局域网、蓝牙技术（Bluetooth）等。

同时，无论是电信市场的开放，还是通信与信息产业技术的快速发展，都在促使各种高速率的宽带接入不断涌现。

宽带接入凭借其建设速度快、运营成本低以及投资成本回收快等优点正越来越受电信运营商的青睐。

这也促进了宽带接入技术的迅速发展，如各种微波、无线通信领域的先进技术不断引入，各种宽带固定无线接入技术不断涌现。

宽带固定无线接入技术一方面充分利用过去未被开发或者应用还不广泛的频率资源，另一方面，凭借微波和有限通信领域成功运用的先进技术可以实现更大的频谱利用率等功能。

由于频谱资源是不可再生资源，所以有限的频谱资源是影响现代无线通信发展的一个重要因素。

为了促进无线局域通信的发展，各国都采取了相应的措施以保证正常通信并合理利用频谱资源。

1985年美国联邦通信委员会开放了9.02GHz、5.8 GHz及2.4 GHz三个ISM频段，允许在低发射功率下无照使用这些频段。

欧洲无线电委员会也于1991年公布了一组无线局域网建议频段：2.4 GHz、5.8 GHz、17.1 GHz、24 GHz和60.2 GHz ISM频段。

而我国无线电委员会也规定了2.4 GHz~2.5 GHz频段用于未来移动通信和无线接入应用。

这些规定的出台无疑大大地促进了无线通信的发展，如无线局域网、蓝牙、家用射频(Home RF)、通用分组无线业务、各频段的无线接入以及本地多点分配业务(LMDS)等主流无线通信系统正在蓬勃发展并被越来越广泛地运用。

而这些频段都处在较高的射频段，因此，对该频段无线通信接收机射频前端电路的研究也越来越重要。

接收机作为通信系统的重要部分，正面临着高工作频率、高集成度、低电压、低功耗以及低价格的挑战。

然而要提高接收机的集成度，关键是要提高接收机的模拟射频前端的集成度。

杭州电子科技大学硕士学位论文2.4GHz CMOS功率放大器设计姓名：赵明付申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学指导教师：余志平;孙玲玲20091201摘要近年来，随着无线通信技术的迅速发展，低成本、高传输速率成为目前移动通信系统（3G、4G等）和各种无线接入方式（无线局域网、全球微波互联接入、蓝牙等）的发展趋势。

由射频集成电路（RFIC）构成的射频前端收发机系统对芯片的高集成度、低成本、低功耗提出了更高的要求。

先进CMOS技术使得基于CMOS工艺的高集成度、低成本、低功耗的射频集成电路得到了长足的发展，目前射频收发系统中的低噪声放大器、混频器、压控振荡器等已经可以在CMOS工艺上实现甚至与数字处理、模拟接口部分一起集成为片上系统（SoC），在CMOS工艺上实现功率放大器已成为实现进一步更高集成的趋势。

但CMOS工艺的低跨导、低击穿电压的有源器件和低品质因数、高损耗的无源器件成为实现高可靠性功率放大器的难点。

因此，基于CMOS工艺设计实现高功率、高线性和高效率的射频功率放大器成为射频集成电路设计的一个新的挑战，也是目前国际研究的一个热点。

本文首先从芯片级综述了目前国内外功率放大器的研究现状，并针对功率放大器的高线性实现，从系统级和芯片级两个方面总结了现有的几种线性化技术。

其次，重点阐述了采用CMOS工艺设计实现功率放大器的挑战，包括有源MOSFET器件的低击穿电压、低跨导、Knee电压问题和无源器件低品质因数、高损耗及高导电性衬底等，着重讨论了栅氧击穿和热载流子效应的机理及其给功率放大器设计带来的影响。

并以此讨论了一些现有的应对策略和设计方法。

在以上分析的基础上，本文基于SMIC 0.18µm RF CMOS 工艺分别采用单端和差分全集成形式设计实现了两种工作在2.4GHz的射频放大器，并已递交流片。

2.4 GHz单端功率放大器采用两级放大，AB类工作：驱动级采用自偏置的共源共栅结构，不仅可以提高增益，增加反向隔离，而且能有效缓解栅氧击穿和热载流子效应带来的可靠性问题；功率级利用厚栅器件，从而可以在更高的电压下工作以提高输出功率。

毕业设计设计题目一种用于射频接收机的2.4GHz 低噪声放大器设计学生姓名易昕学号 ******** 专业班级微电子10-3班指导教师尹勇生院系名称电子科学与应用物理学院2014年06月08日目录中文摘要 (1)英文摘要 (2)第一章绪论 (3)1.1 课题研究背景现状以及意义 (3)1.1.1 课题背景 (3)1.1.2 CMOS 低噪声放大器研究现状 (3)1.1.3 研究意义 (4)1.2 论文主要工作及组织结构 (6)第二章 LNA的器件特性和噪声模型 (7)2.1 MOSFET器件模型及特性 (7)2.2器件噪声 (8)2.2.1 热噪声 (8)2.2.2 闪烁噪声 (9)2.2.3 散粒噪声 (9)2.2.4 爆米噪声 (9)2.3 MOS器件噪声分析 (10)2.3.1 漏极电流噪声 (10)2.3.2 栅噪声 (10)2.4 二端口网络噪声理论及优化噪声系数的LNA匹配技术 (11)第三章低噪声放大器的主要技术参数 (17)3.1 引言 (17)3.2 噪声系数 (17)3.3 S参数 (18)3.3.1 双端口网络的S参数介绍 (18)3.3.2 S参数方程 (18)3.4 功率增益 (20)3.5 线性度 (20)3.6 稳定性指标 (22)3.7 功耗 (23)第四章 LNA电路结构的分析和选择 (23)4.1 输入端并联电阻的共源放大器 (23)4.2 并联-串联放大器 (25)4.3 共栅放大器 (26)4.4 电感源极负反馈放大器 (28)4.4.1 电感源极负反馈放大器的结构 (28)4.4.2 增益 (29)4.4.3 功率约束噪声优化 (30)第五章 LNA电路设计与仿真 (32)5.1 引言 (32)5.2 设计指标要求 (33)5.3 单端低噪声放大器的设计 (33)5.3.1 主体电路设计 (33)5.3.2 输入匹配 (38)5.3.3 输出匹配 (40)5.3.4 偏置电路 (42)5.4 仿真结果及分析 (43)第六章总结与展望 (46)致谢 (47)参考文献 (48)一种用于射频接受机的2.4GHz低噪声放大器设计摘要：人们生产、生活的需要促进了无线通信技术的蓬勃发展，对射频模块的性能要求也越来越高。

实验五:7.3阻抗变换器设计
一、设计要求
己设计一个同轴线阶梯阻抗变换器，使特性阻抗分别为Z01=50Ω、Z02=100Ω的两段轴线匹配连接。

要求:变换器N=2，工作频率：f0=5GHz。

已知同轴线的介质为：RT/Duriod5880（εr=2.16），外导体直径D0=7 mm。

按以下设计方法实现:
方法1:最平坦通带特性变换器(二项式)。

方法2:等波纹特性变换器(切比雪夫式)，允许的最大波纹为0.05。

确定阻抗变换器的结构尺寸，完成电路图。

仿真分析S11与频率的关系特性，调节电路使其达到指标要求。

比较不同阻抗变换器的性能特点。

二、实验仪器
硬件：PC
软件：AWR软件
三、设计步骤
1、初始值计算。

2、仿真分析。

3、手动调节。

四、数据记录及分析
1、初始值计算。

（1）阻抗计算
参数阻值/Ω电长度/deg L/um D i/um Z0150 30 3399.72 2654.88 Z159.4603 90 10199.01 1629.57 Z284.0896 90 10199.01 890.947 Z02100 30 3399.72 603.22
2、仿真分析。

3、手动调节。

优化后的Schematic2：。

位噪声：闪烁噪声在频偏较小的范围产生１／厂３特性的相位噪声。

这两部分都是由于谐振器内部的器件噪声引起的，而如果输出信号后接的缓冲器或测试装置上有白噪声．其输出相位噪声频谱上就表现为最后的平坦部分。

相位噪声对射频信号的混频非常不利：在发射机的上混频中，由于本振信号的频谱不纯，将本振相位噪声转移到了发射频带内，如图２－７（ａ）所示，对邻道信号产生干扰；而在接收机中混频器将本振噪声移到了中频段，如图２－７（ｂ），本振中的噪声降低了中频信号的信噪比。

图２—７本地振荡器相位相位噪声的影响（ａ）对发射机上变频的影响（ｂ）对接收机下变频的影响２．３，２相位噪声模型正因为振荡器的相位噪声对通信系统产生了严重影响，近十年来，许多学者提出了相位噪声产生的物理机制和分析方法，下面就目前主流的三类相位噪声模型逐一分析和比较。

２．３．２，ＩＤ．Ｂ．Ｌｅｅｓｏｎ经验噪声模型Ｄ．Ｂ．Ｌｅｅｓｏｎ于１９６６年提出了～种经验噪声模型［１Ｉ】，并为之后的相位噪声分析奠定了基础。

酗妒川。

ｓ斛·＋（赤小－十寄］｝删＝辔最后经过非线性的相位调制过程，产生相位噪声：“△国，＝－叫。

ｓＩ２２了］如图２．１１所示，随机电流噪声源的功率谱密度包括闪烁噪声区域和白噪声区域。

根据以ｒ分析可以计笪得到所有谐波ｒ的单沩带噪声谱密席与载波功率，比为：三｛△∞）＝１０每舅８ｑ：“△∞２圳∞ｓｂ象图２－１１振荡器中器件ｌ噪声到相位噪声的转换过程Ｈａｊｉｍｉｒｉ线性相位时变噪声模型表明振荡器的ｌ，厂３噪声主要来源于有源器件的闪烁噪声（１，ｆ噪声）与系数Ｃ。

的加权：１，，２噪声主要来源于器件的白噪声与系数Ｃ。

的加权。

另外脉冲敏感函数的直流分量Ｃ。

／２表征了振荡波形的对称性，因此在设计时要注意振荡波形的对称性以减小１／，３噪声。

Ｈａｊｉｍｉｒｉ模型分析方法只需知道每个噪声源的功率谱密度，噪声注入点的电荷变化最大值以及振荡器的稳态振荡波形，就能得到振荡电路的整体相位噪声，这使设计者能清楚知道每个噪声源对整体电路相位噪声的贡献，并加以措施抑制。

南京工程学院毕业设计开题报告课题名称： 2.45GHz微带天线设计__________ 学生姓名：____________________________________ 指导教师：____________________________________ 所在系部：通信工程学院 ____________ 专业名称：____________ 电子信息工程 ____________南京工程学院2014年3月1日说明1．根据南京工程学院《毕业设计（论文）工作管理规定》，学生必须撰写《毕业设计（论文）开题报告》，由指导教师签署意见、教研室审查，系教学主任批准后实施。

2．开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。

学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。

3．毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。

其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。

第一次出现缩写词，须注出全称。

4．本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，应不少于2000 字，没有经过整理归纳，缺乏个人见解仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。

5．开题报告检查原则上在第1~3 周完成，各系完成毕业设计开题检查后，应写一份开题情况总结报告。

毕业设计（论文）开题报告2.45GHz 微带天线 、设计内容与要求: 1、 中心频率2450MHz 带宽20% 增益：大于 6dBi ;阻抗匹配良好 2、 利用HFSS 软件仿真设计或ADS 仿真设计。

3、硬件制作、调测。

二、设计主要任务： 本设计以单片机为核心，设计了一个基于 GSM 短信模块的包含不同测温需求 以及存储、报警等功能的无线测温系统。

系统主要由温度采集与信息传输两个部分 组成：温度传感器 DS18B20现场检测的温度直接以单总线的数字方式传输给单片 机。

当单片机发生串口中断时， 单片机启动TC35i 模块，读取短信内容和手机号码， 根据内容通过信息采集系统采集所需的数据， 然后将采集到的数据进行 Text 编码, 通过GSM 网络发送给用户，这样就满足了远程测温的要求。

毕业设计（论文）开题报告题目阻抗变换器的设计与实现系别电子信息与电气工程学院专业电子信息工程班级姓名指导老师完成时间毕业设计（论文）开题报告学生：班级：论文题目阻抗变换器的设计与实现导师姓名可行性方案分析可行性方案分析见附页参考文献[1] 康华光.电子技术基础（模拟部分第五版）[M].北京：高等教育出版社，2004.4.[2]谢自美.电子线路设计实验测试[M].武汉：华中科技大学出版社，2006.8[3]王松武．电子创新设计与实践[M].北京：国防工业出版社，2005.1[4]高吉祥．高频电子线路[M].北京：电子工业出版社，2007.1[5]杨翠娥.高频电子线路实验与课程设计[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2005.1[6]贾宝富.ADS2005 仿真试验教程[M].成都：电子科技大学出版社，2006[7]陈军.两节传输线阻抗变换器的分析与设计[J].现代电子技术，2007，30（13）：60-62[8]王春华．用CC I回转器设计梯形结构电流模式滤波器[J]．电子与信息学报，2001，23(5)：516—520开题小组及教研室意见开题小组签名：年月日附页：一、研究背景阻抗变换器和阻抗匹配网络已经成为微波射频电路以及最大功率传输系统中的基本部件。

阻抗变换通常采用两种方法，集总参数法和传输线法。

传输线阻抗变换器有很多形式，主要有1／4传输线组成的阶梯式阻抗变换器和连续式阻抗变换器两大类。

这两类变换器的分析和设计，都是针对某个频率点或某个频率范围内的纯电阻实现阻抗匹配而进行的。

大体上，阻抗匹配有两种，一种是透过改变阻抗力（lumped-circuit matching），另一种则是调整传输线的波长（transmission line matching）。

改变阻抗力，把电容或电感与负载串联起来，即可增加或减少负载的阻抗值，在图表上的点会沿著代表实数电阻的圆圈走动。

如果把电容或电感接地，首先图表上的点会以图中心旋转180度，然后才沿电阻圈走动，再沿中心旋转180度。

波导-微带转换电路设计：学号：一、技术指标1)工作频率：26.5~40GHz 2)输入/输出驻波比：<1.23)插入损耗：<1.0dB二、理论分析随着微波毫米波技术的飞速发展，微波集成电路在各个方面得到了广泛应用。

在毫米波频段，主要的传输线有波导和平面传输线两种。

随着平面传输媒介的研究发展，混合集成电路、单片集成电路应用的日趋广泛，微带电路已在越来越多的场合取代金属空波导，成为微波、毫米波电路的重要传输线。

然而，目前许多毫米波测试系统和器件仍采用金属空波导。

因此，如何实现低损耗的波导与微带线的转换就成了微波毫米波技术研究的重要容。

目前常用的微带－波导探针过渡的方式有两种，都是将微带探针从波导宽边的中心插入，一种是介质面垂直与波导传输方向，称为H面探针，如图1所示，另一种介质面平行于波导传输方向，称为E面探针，如图2所示。

图1 H面探针图2 E面探针微带探针转换是目前应用最为广泛的波导一微带过渡形式并且它有明显的优点。

它的插人损耗低,回波损耗小,具有较大频宽,且其结构紧凑,加工方便,装卸容易。

本文采用H面微带探针转换的结构。

探针从波导宽面插入，并且探针平面与波导窄面垂直。

微带过渡段我们采用渐变结构。

通过优化探针插入深度d，微带变换器的长度1L，探针和微带变换器各自宽度,1s s，波导的微带插入处到波导短路处的距离L，得到满足指标的结果。

一、 设计过程：（1） 利用ADS 软件里的微带计算工具得出中心频率为33.5GHz 处的微带的宽度0.77Sx mm =，如图3所示。

图3 50欧姆微带线宽（2） 在HFSS 中建立仿真模型如图4所示，包括微带金属条，微带基板，以及包围空气腔三部分。

利用对称性以YZ 面为对称面切掉一半可以减少计算时间。

图4 仿真模型（3） 设置三部分的材料属性，其中微带金属条为PEC ，微带基板为Duriod5880（厚度0.254mm =，相对介电常数 2.2=）。