基于MATLAB的RF电路设计与仿真优秀

1、基于Matlab的RF电路设计与仿真摘 要该文首先介绍了一般射频系统,介绍了在射频RF电路设计中史密斯圆图的发展机器重要作用,接着介绍了史密斯圆图的基本构成原理,还介绍了晶体管的S参数。重点介绍了利用MATLAB对RF系统中放大器模块设计的圆图仿真,并通过实例,得到了符合设计的圆图。而且该文对RF晶体管放大器设计的基本理论知识进行了详细阐述,对放大器的性能指标提出定义,同时还用圆方程描述了稳定性、增益、噪声和电压驻波比指标。并得出结论,MATLAB可以有效的应用在RF系统设计中,其对微波电路的圆图仿真实现,可以为广大RF电路设计者提供很大帮助。关键字：射频系统 MATLAB RF放大器 圆图仿真 / Matlab based on the RF circuit design and simulationABSTRACTThis paper introduces the general RF systems, introduced in the radio frequency circuit design Smith chart an important role in the deve

2、lopment of the machine, and then Smith introduced the basic principles of map, also introduced the S-parameters of transistors. Focuses on the use of MATLAB to the RF amplifier module system design simulation of a round Figure, and through examples, have been designed in line with the circle diagram. And the text of the RF transistor amplifier design of the basic theory of knowledge expounded in detail on the amplifier to the definition of performance indicators, but also describes the use of ci

3、rcle equation stability, gain, noise and VSWR indicators. And concluded, MATLAB can be effectively used in the RF system design, the microwave circuit simulation to achieve the circular map, we can provide the majority of RF circuit designers of great help.Keyword:RF system MATLAB RF amplifier Smith charts simulation目 录摘要IABSTRACTII毕业设计题目要求11 引言21.1课题的研究意义21.2国外研究现状31.2.1射频技术现状31.2.2射频技术发展方向31.3本文研究的目标41.4论文结构简介42 射频电路设计的基本容62.1 一般射频系统62.2 Smith圆图的构成和工作原理72.2.1等反射系数圆72.2.2阻抗圆图72.2.3标定电压驻波比92.3 散

4、射参数S参数103 RF晶体管放大器设计123.1 放大器的性能指标123.2 放大器的功率关系133.2.1射频源133.2.2 转换功率增益143.2.3其他功率关系143.3 稳定性判定153.3.1稳定性判定圆153.3.2绝对稳定163.3.2放大器的稳定措施173.4 增益恒定193.4.1 单向化设计法193.4.2 单向化设计误差因子203.4.3 双共轭匹配设计法203.4.3 功率增益和资用功率增益圆213.5 噪声系数圆223.6 等驻波比圆233.7 宽带放大器244 Matlab的计算和仿真264.1设计一个具有最佳噪声系数和预定增益的小信号放大器26原理分析26稳定性及最大增益分析27等功率增益圆设计28噪声系数分析294.2用等驻波比设计法实现预定的功率增益和噪声系数30设计原理及步骤：304.3试验结果分析335 结论34参考文献35附录A36MATLAB基本知识36附录B38B.1稳定性判定圆M程序38B.2等功率增益圆图设计程序38B.3等噪声系数圆图设计程序40B.4等驻波比圆图设计程序43辞48毕业设计题目要求基于Matlab的RF电路设计与仿真

5、一、 主要研究容：毕业设计主要是完成基于Matlab的RF电路设计与仿真,主要是RF功率放大电路部分,涉及大量射频电路设计的理论知识。其中,采用Matlab作为主要仿真工具,将所设计的RF功率放大电路进行性能分析,并完成RF系统的设计。二、 主要任务及目标：主要任务：主要任务是实现基于Matlab的RF电路设计与仿真,应包括以下几个方面：.1、RF电路的基本知识了解；2、RF电路功放部分的设计；3、Matlab中RF工具的了解；4、RF功放电路性能的分析；目标：1、了解RF电路及系统的知识；2、RF电路设计3、Matlab工具的使用4、RF系统设计及仿真。1 引言1.1课题的研究意义近几年来,无线通信系统在世界围得到了迅速发展,并不断有新技术出现,主要在于射频硬件处理技术的不断发展。从第1代模拟蜂窝移动通信,到当前普遍使用的第2代数字蜂窝移动通信,再到以宽带、多媒体业务为标志的第3代移动通信,无论从用户数量、业务围,还是从服务质量上都得到了长足的发展。迄今,我国移动用户已超过5亿,并高于固话普及率。当今无线通信研究越来越热,应用非常广泛,使人与人之间的通信更加方便快捷,更具有市场发展前

6、景,而这些无线通信技术主要的应用是射频技术。射频技术Radio Frequency,简称RF。射频就是射频电流,它是一种高频交流变化电磁波的简称。每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流,大于10000次的称为高频电流,而射频就是这样一种高频电流。射频的基本原理是电磁理论：在电子学理论中,电流流过导体,导体周围会形成磁场；交变电流通过导体,导体周围会形成交变的电磁场,称为电磁波,电磁波可以在空气中传播,并经大气层外缘的电离层反射,形成远距离传输能力。同时射频系统还具有不局限于视线,识别距离比光学系统远等优点。所以RF射频技术在无线通信领域具有广泛而不可替代的作用。而射频功率放大器是发射机的末级 ,它将已调制的频带信号放大到所需要的功率 ,保证在覆盖区域的接收机可以收到满意的信号电平 ,但不能过于干扰相邻信道的通信 ,同时又要尽量地保持放大后的大功率信号不失真畸变。这些不同方面的要求使得功率放大器的设计者要面面俱到地考虑到很多指标的平衡 ,射频功率放大器的设计也成为无线通信系统设计过程中的关键步骤之一。在微波射频电路的设计过程中,常常会碰到电路匹配问题,离不开阻抗和反射系数等参量的计算

7、,因此会碰到大量繁琐的复数运算,所以常常采用史密斯圆图来进行分析。由于Smith图解法只是设计简单的数学计算,方便而又直观,因而得到广泛应用。Smith圆图虽然发展于十九世纪三十年代,但是直至今日,在计算机辅助设计的程序中,圆图依然是电路阻抗分析、匹配网络设计、噪声系数计算、增益计算的基础。Matlab是一种现在被广泛使用的软件,具有强大的计算和仿真功能,如果能够把它很好的应用到RF电路中去,就能有效的减轻工程设计的工作量和提高设计精度。所以,通过Matlab的仿真来掌握Smith圆图的应用是一项很有意义的工作。1.2国外研究现状1.2.1射频技术现状近些年,无线通信事业经历了从第一代模拟系统1G到现已投入使用的第三代移动通信3G系统的演变。无线通信技术升级到3G时代后,双模、多模手机、高频基站、无缝切换等技术逐步成熟。射频技术不但应用在无线通信上,而且在医疗上的应用也在逐扩大围。目前,美国处于领先地位,日的发展也在日益精进。现在射频识别技术已经在日常生活中起着举足轻重的作用。比如安全防护领域中的汽车防盗、电子物品监视系统等,已经融入人们的生活而且逐渐不可代替。1.2.2射频技术发展方

8、向无线传输发展了近二百年,形成了大量的用户和产品群,但是,由于气候的变化和地表障碍物的影响,不能传输完美的信息。近代人类发明了廉价的高频传输线缆射频线,为了追求完美的信息传输质量,兼顾原有的无线设备,无线方式有线传输开始流行。产生了射频传输这一概念。射频是无线信号的源头,这一切的美好生活都来自于射频收发技术的不断演进,而且射频技术还将继续快速发展下去,毕竟现在只有12%的便携电子产品带有射频模块,而据估计到2030年超过50%的便携产品将拥有射频功能,这其中将包括你的手表也许还有你的皮鞋！射频技术的发展首先要满足市场对其提出的主要要求,即实现系统的模块化、集成化,并在提高集成度的同时降低射频电路的尺寸并降低功耗。在此基础上,还必须基于数字电路的发展,提高射频电路在多标准、多模式环境下的应用能力,也就是通常所说的软件无线电技术。从技术角度而言,射频技术首先还是要从性能上取得提升以满足各种技术的需要。随着宽带无线系统的不断推出,系统对于信道利用率的要求越来越高,这对信道编码技术及空中接口技术提出了新的挑战。对于射频部分来说,则提出了更高的线性度和更低的带、带外噪声指标要求。射频芯片的挑战还

9、包括更高的接收灵敏度和更低的噪声系数,优异的性能是对产品的最基本要求。实现高性能的重要手段就是提高射频电路的复杂程度,而射频电路一般包括收发器、功放和开关三个部分。现在的射频电路从根本上来说是以模拟电路为主的混合信号电路。虽然数字化是现在射频电路芯片的一个趋势,但射频技术很难离开高性能模拟技术的支持,因此射频电路复杂程度的提高对射频芯片体积的减小提出很多挑战。射频端必须着重在降低功耗、加速不同工艺的整合及降低成本上努力。这可由两个方向来实现,一个是采用全新的SPI架构,也就是将不同工艺的芯片集成在一个封装模块上,如前端的功放及天线收/发开关,或将功放及收发器放在同一个基板上做成模块。另外一项就是将功率放大器的制作工艺进步到CMOS,以便与收发器的芯片相整合,在降低功放的功耗上则应设计高效率的功放操作,在饱和条件下与前述的极化调制相对应。本文采用的是前一种方向实现的。电路复杂度的提升和尺寸的缩小意味着射频芯片将具有更高的集成度。射频芯片集成度的提高,射频电路其他器件数量的减少,意味着更低的BOM价格和产品成本、更高的产品稳定性和良品率。射频技术主要有：蓝牙射频技术、超宽带、冲激无线电、Wi-Fi、WiMAX和蜂窝广域通信。蓝牙无线技术采用的是一种扩展窄带信号频谱的数字编码技术,通过编码运算增加了发送比特的数量,扩大了使用的带宽。蓝牙使用跳频方式来扩展频谱。跳频扩频使得带宽上信号的功率谱密度降低,从而大大提高了系统抗电磁干扰、抗串话干扰的能力,使得蓝牙的无线数据传输更加可靠。超宽带是一种无线射频技术,支持家电、电脑外设和移动设备在短距离高速传输数据,且功耗非常低。该技术是无线传输高品质多媒体容的理想选择。UWB技术使

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