射频级间匹配电路的设计方法

1、第卷第期年月河海大学常州分校学报文章编号 ：（）射频级间匹配电路的设计方法齐本胜 ， 刘欣鑫 ，高 远（河海大学计算机及信息工程学院， 江苏常州）摘要 ： 为使射频级间匹配电路的设计有章可循， 应用圆图分析电感、 电容和电阻对匹配反射系数的影响提出了一种基于圆图的射频级间匹配电路计方法通过单频点级间匹配电路的设计实例， 给出了匹配电路的设计步骤 、 电路拓扑结构和元件类型的选择方法关键词 ： 射频电路 ； 匹配 ；反射系数；圆图中图分类号：文献标识码：收稿日期 ：作者简介 ：齐本胜 （ ） ， 男， 湖北枣阳人， 副教授 ， 主要从事电子信息技术方面的教学和研究在射频电路中， 当波长与分立电路

2、元件的几何尺寸处于同一数量级时， 必须考虑电压和电流的空间特性 ， 此时基尔霍夫电路定律不能直接应用这是射频电子线路与低频电路的明显区别射频信号在线路板上传输时， 必须经过低噪声放大、 滤波 、 混频等各种单元电路这些单元电路的输入、输出阻抗一般均为复数形式在射频电路设计时， 为了兼顾信号在各单元电路中的功率和噪声分配， 通常是在单元电路之间插入无源网络 ， 即级间匹配电路， 完成前后级电路的阻抗匹配因此 ， 级间匹配电路设计是射频电路设计的重要组成部分许多实际的级间匹配电路除了能降低功能损耗外， 同时还具有降低噪声干扰 、 提高功率容量和提高频率响应线性度等功能 但级间匹配电路最主要的功能是

3、实现阻抗变换 ， 即将事先给定的阻抗值变换成更合适的阻抗值现代射频电路设计对设计者经验、 仿真工具和高档实验仪器（ 如网络分析仪） 等的依赖性很强， 很难找到具体的设计参考资料本文中作者根据实际的设计经验， 结合通信专用仿真工具， 提出了一种基于圆图的射频级间匹配电路设计方法设计人员根据该方法， 能够清晰认识电路的设计步骤、 电路的拓扑结构 、 电路元件的类型及其参数的变化趋向， 顺利完成射频级间匹配电路的设计不同元件对匹配电路反射系数的影响匹配电路的功能是实现前、后级电路的阻抗或者反射系数的转换， 转换分析的工具主要是圆图常用的匹配元件主要有各种类型的电感、 电容 、 电阻和微带线等 微带线

4、 是一种比较 常 用 的 匹 配 元 件 ， 由 线 路 板 的 分 布 参 数 确定微带线有阻抗和长度个参数 ， 可以容易地在某一频率上形成感抗、 容抗或纯电阻， 也就是说， 从功能上讲微带线可以分别构成等效电感、 电容和电阻本文中提及的电感、 电容和电阻既可以是集总参数元件也可以是分布参数元件由于电阻具有全频带特性， 需要消耗功率， 因此电阻在匹配电路中用得很少通过软件仿真， 可以得到不同电路元件（ 电感、 电容和 电 阻） 在 串 联 或 并 联 时 ， 匹 配 电 路 的 反 射 系 数 在圆图上的变化规律， 如图所示图 、和对反射系数的不同牵引轨迹 ， 假设图中的为电路匹配的源点若在

5、该点串联或并联一个元件， 则整个电路的反射系数将偏离点 ， 元 件 参 数 不 同 对 应 的 偏 离 量 也 不 同因此 ， 电感 、 电 容 和 电 阻 等种 元 件 的 串 和 并 联 将 形 成 图中、和等条不同的轨迹曲线这条曲线构成一个完整的等电阻圆、 一个等电导圆和条指数渐近线，条曲线的起点均为， 并联和串联时的讫点分别为和其中 ，点对应的反射系数是 ；点对应的反射系数是 图表明 ， 并联电抗元件会使圆图上相应的反射系数沿等电导圆向点移动；串联电抗元件会使圆图上的相应反射系数沿等电阻圆向点移动根据这些变化规律， 就可以选择匹配元件以及匹配电路的拓扑结构单频点级间匹配电路的设计方法任

6、意前 、 后级单元电路与其级间匹配电路连接的结构框图如图所示图中和分别为匹配电路的输入反射系数和输出反射系数如果前级电路的负载反射系数为， 后级电路的输入反射系数为，则，（） ，表示复数共轭借助圆图 ， 可 以 得 出 单 频 点 级 间 匹 配 电 路 设 计 的 步骤 ： （） 根据前级和后级电路的功率和噪声分配， 求出反射系数和； （） 将和标注在同一个圆图上 ； （） 过和分别做等电阻圆和等电导圆， 可以得到个圆心均位于横轴上的圆， 其中一个等电导圆必和一个等电阻圆相交 （ 另外个圆没有交点） ， 通常和分别在这个圆上 ， 保留这对彼此相交的圆； （） 按照反射系数在圆图上的变化规律，

7、 在处加入一个电抗元件， 使反射系数移到上述圆的一个交点， 再在该交点加入另一种电抗元件， 使反射系数到达目的值； （） 确定个电抗的具体参数该方法采用个电抗元件即可完成匹配电路的设计由于圆相交总有个交点 ， 因此有种可选择的匹配途径， 相应地有种匹配电路拓扑结构单频点级间匹配电路设计实例假设某单频点级间匹配电路的前级电路和后级电路已经确定， 要求级间匹配电路的反射系数和分别为和 首先定义反射系数（） 的匹配源点为， 反射系数的匹配目标点为； 然后将和标注在圆图上 ； 最后 ， 过做等电阻圆， 过做等电导圆 ，圆在点和点相交如图所示根据图中电感和电容的变化轨迹， 可知有条途径可使反射系数从点移

8、到点：途径先串联一个电容， 将匹配源点从移到点 ， 然后再并联一个电感， 将匹配点从点移到匹配目的点途径先串联一个电感， 将匹配源点从移到点 ， 然后再并联一个电容， 将匹配点从点移到匹配目的点采用条途径 得到的匹配电路的电路拓扑分别如图（） 和 （） 所示图中 ， 输出端连接后级电路 ， 反射系数对应图中的， 输入端的反射系数为对应图中的因此通过图的匹配电路就能使后级电路的输入反射系数从点移到点上述设计过程表明， 对于单频点级间匹配电路， 如果已知匹配源点和匹配目标点的反射系数（ 或等效阻抗 ） ， 则用个元件就可以实现匹配功能， 这种匹配电路有种具体的电路结构图级间匹配电路与前、 后级电路间的关系 图到的匹配过程 !图 种匹配电路的电路拓扑 齐本胜 ， 等射频级间匹配电路的设计方法第卷第期根据图的电路形式以及相应的反射系数， 就可以确定电抗元件的具体参数在本例中， 应用仿真软件通过对电感、 电容的联合扫描便可求出电抗元件的参数若按图（） 的拓扑结构进行电路匹配， 则电感， 电容； 若按图（） 匹配 ， 则电感， 电容这种匹配电路均能实现本例级间匹配电路的功能参考文献 ：，射频电路设计： 理论与