C1
模拟引线L R 模拟引线L
L2
R
L1
L2
模拟引线间电容Cb
C2
高频电阻等效电路表示法 高频线绕电阻等效电路表示法
18
例1.3 求出用长2.5cm，AWG26铜线连接的500Ω金属膜电阻的 高频阻抗特性，寄生电容Ca=5pF。 解： AWG26的d=16mil，a= 8×2.54×10-5m=0.2032mm
RFC广泛用于射频偏置电路，并具有调谐特性，通常用品 质因素来表征：
23
1.5 片状元件及对电路板的考虑 便于安装
1.5.1 片状电阻
几何形状
尺寸代码
长( )，㏕
宽(w)，㏕
接触片
标称值 陶瓷体
0402
40
20
220R
0603
60
30
0805
80
50
W
1206
120
60
1218
120
180
1.5.2 片状电容
Ka 波段 毫米波 亚毫米波
26.5~40GHz 1.13~0.75cm 40~300GHz 7.5~1mm 300~3000GHz 1~0.1mm
VHF/UHF就是典型的电视工作波段，其波长与电子系统的
实际尺寸相当，在有关的电子线路中开始考虑电流和电压信号
波的性质。RF范围：VHF—S波段。MW范围：C波段以上。
• 在第2章“传输线分析”中将讨论微带线的阻抗特性，其定量 求解过程在第3章“Smith”圆图中介绍。
• 第4章研究将复杂电路简化为较简单的组元能力，该组元的 输入-输出是 通过两端口网络描述。
• 在第5章“滤波器设计”中研究特定的阻抗对频率响应的一般 开发策略,简述以分立元件和分布元件为基础的滤波器理论。
频器件的原理和方法。
/
3
目录
1、 引言 2、 传输线分析 3、 Smith圆图 4、 单端口网络和多端口网络 5、 射频滤波器设计 6、 有源射频元件 7、 有源射频电路器件模型 8、 匹配网络和偏置网络 9、 射频晶体管放大器设计 10、振荡器和混频器
4
第1章 引 言
3~30MHz 100~10m
VHF(甚高频) 30~300MHz 10~1m
Kμ 波段 K 波段
12.5~18GHz 2.4~1.67cm 18~26.5GHz 1.67~1.13cm
UHF(特高频) 300~3000MHz 100~10cm
SHF(超高频) 3~30GHz
10~1cm
EHF(极高频) 30~300GHz 1~0.1cm
10f6，H1z07
108 109
2
1.8 半径 a=1mm铜线归一化
1.6 AC电流密度的频率特性
1.4
1.2 1kHz
1
0.8 10kHz
0.6
100MHz
0.4 100kHz
1GHz
0.2
1MHz 10MHz
00 0.1 0.2 0.3 0.4r，0.5m0m.6 0.7 0.8 0.9 1
17
在美国线规中，大约每6个线规，其导线直径翻倍。 AWG50：d=1mil， AWG44：d=2mil，AWG38：d=4mil，······ 其中：1mil=2.54×10-5m=2.54×10-2mm
1.4.1 高频电阻
在RF和MW电路中应用的主要是薄膜片状电阻，(P22) 其等效电路：
模拟电荷分离效应Ca
• 第8章将深入研究“匹配网络和偏置网络”的实现。 • 第9章介绍“射频晶体管放大器设计”中有关增益、线性度、
噪声和稳定度等指标。 • 第10章讨论“振荡器和混频器”设计的基本原理。
9
1.2 量纲和单位
为了理解频率上限，在自由空间，向正 z 方向传播的平面
电磁波为：
V/m 是x方向的电场矢量
A/m 是y方向的磁场矢量
输入匹配网络
为保证最佳的功率传输和消除由反射引起的性能变坏，输入阻抗必须与
输出阻抗相匹配，关键元件是微带线。输入和输出的偏置网络是通过两个
RF阻塞网络将高频信号与DC偏置分离，关键元件是射频线圈。
7
功率放大器印刷电路板布局
12.7mm
了解、分析和最终制造这种PA电路，要涉及许多关键的RF课题。 8
低通滤波器
模-数变换器
接收功率放大器
混合信号电路
模拟信号电路
6
移动电话2GHz功率放大器第一级简化电路
100pF
RF阻塞网络
100pF
VB 8.2pF
VC 8.2pF
射频线圈 RFC
RFC
至
微带线
CB 第
RF 输入
CB
隔直 电容
静态电阻 C1
R
C3
C4
C2 BFG425W 级间匹配网络
隔直 电容
二 级
电容的阻抗：
其中： 损耗角的正切 所以：
是介质的电导率，现在习惯上引入串联
C
L
寄生引 线电感
Rs Re
引线导体
损耗电阻 介质损耗电阻
高频电容的等效电路
最后考虑寄生引线电感和引线导体损耗，其等效电路如图所示。 20
例1.4 求47pF电容器的高频阻抗，其电介质由串联损耗角正切 为10-4的氧化铝组成，引线长1.25cmAWG26铜线。 解： 与例1.3相似，引线电感：
别？ 被应用的“新”电路理论是什么？ 这些理论是如何应用于高频模拟电路实际设计的？
5
一般射频系统方框图 天线
语音 信号 经过 抽样 数 量化 字 编码 电 处理 路 或计 算机 信号
DAC
混频器
切换开关
PA
数-模变换器
OSC 发射功率放大器
本地振荡器
ADC
LPF
PA
将信号 以电磁 波的形 式向自 由空间 发射。
回顾由低频到高频电路的演变过程，并从物理的角度引出 和揭示采用新技术去设计、优化此类电路的必要性。
1.1 射频设计的重要性
本书的主要目的是提供模拟电路设计的理论和实例，该电 路的工作频率可延伸到射频和微波波段，在该波段普通电路的 分析方法是不适用的，由此引出以下问题：
普通电路分析方法适用的上限频率是多少？ 什么特性使得电子元件的高频性能和低频性能有如此大的差
线圈长度： =50mil=1.27mm 邻匝线距：d= /N≈3.6×10-4m
根据空气芯螺旋管电感公式：
105
实际电感
104
理想电感
103
Z ,Ω
102
由1.14式，平板间距等于匝距，
101 108
面积 A=2a (=2πrN为导线的长度)，
109
1010
1011
f ,Hz
所以等效电容：
若忽略趋肤效应，则等效电阻：
Cd Cd
L 串联电阻Rs
Rd
Rd
Cs
寄生旁路电容
高频电感等效电路
例1.5 RFC由AWG36铜线在0.1英寸空气芯上 绕3.5圈，假定线圈长度是0.05英寸，求其射 频阻抗响应。 解：查表A.4：AWG36的 a = 2.5mil=63.5μ m
线圈半径：r = 50mil=1.27mm(1英寸=1000㏕) 22
片状电容
带状引线 电路板引线
双联电容
四联电容
1.5.3 片状电感
最通用的表面安装电感仍采用线绕线圈， 对厚度受到严格限制的电路采用扁平线圈。 端线
跳线
端线
24
第1章 小 结
本章讨论了低频系统到高频系统的演化过程，在 高频应用时电磁波的特性开始取代基尔霍夫电压电流 定律而占主导地位。 重要参量： 趋肤效应是由电磁波的波动性引起的：
1.2 一无耗同轴线在960MHz时, 电磁场的波长为20cm, 求绝 缘材料的相对介电系数.
1.3 求下面LC串联和并联电路阻抗幅值的频率响应.
L=10nH C=10pF
L=10nH C=10pF
R L=10nH C=1pF
1.4 求上面RLC串并联电路的谐振频率.
1.5 在一高频电路中, 电阻的引线是由AWG14总长度为5cm的 直铝线制成, (a) 计算DC电阻; (b) 求工作频率为100MHz, 1GHz和10GHz时的AC电阻和电感. 26
圆柱形导线呈现的射频特性：
这些导线连同对应的R，C和L形成的等效电路与 理想特性明显不同。制造商总是试图将其尺寸做得尽 可能小，当波长和分立元件的尺寸可比拟时，基本电 路分析法不再适用。
25
习题一
1.1 计算在FR4印刷电路板中的相速度和波长, 电路板的相对 介电系数是4.6, 工作频率为1.92GHz.
由1.10和1.11式(P15)，
103
102 理想电阻
101
100 电容效应
电感效应
Z ,Ω
10-1
10-2 10-3
谐振点(20GHz)
106 107 108 109 1010 1011 1012
f ,Hz
19
1.4.2 高频电容
在初级电路中用平板表面积与平板间距比定义电容： 理想情况下平板间没有电流流动，高频时电介质有损耗，所以
2a 高电流密度 低电流密度
电流方向
Jz /Jz0
-a
ar
Jz /Jz0
δ，mm
1
0.9 0.8 0.7
ห้องสมุดไป่ตู้
σCu=64.516×106S/m Al σAl=40.0×106S/m
0.6 0.5
AuσAu=48.544×106S/m
0.4
0.3
0.2 Cu
铜、铝、金的趋肤厚 度与频率的关系曲线
0.1