武汉大学射频期末作业

武汉大学电子信息学院2014-2015学年度

第一学期期末考试

2014级研究生射频电路试题

2014282120188

注：下面试题中XXX是自己学号的后三位1.（15分）设计一个系统特性阻抗为50欧姆、中心工作频率为

2.xxxGHz的180°混合耦合环，要求用集总参数及分布参数（微带基板参数：介电常数为4.2,介质材

料厚度为1.45mm,导带厚度为0.035mm）两种形式实现。通过ads仿真给出两种形式各口频率响应特

性。2.（15分）设计一个系统特性阻抗为50欧姆、中心工作频率为（2.4+O.xxx）GHz、带内波纹为

0.5dB、带宽为400MHz、阻带600M处衰减20dB的带通滤波器。要求用集总参数及分布参数（微带基

板参数：介电常数为4.2,介质材料厚度为1.45mm,导带厚度为0.035mm）两种形式实现。通过编程

计算及ads仿真分别给出各端口频率响应特性并比较两者特性。

3.（25分）设计一个兼顾增益的低噪声放大器。放大管参数从网上下载，电子档报告要求附上放大管

datasheeto在画出多个等增益圆和等噪声系数圆的基础上，确定噪声，增益和频率等参数，但要求频

率小数点后三位与学号一致。4.（25分）已知5.xxxGHz时场效应管共源极的S参量为Sll=0.97Z

-32°,S12=0.05Z49°,S21=4.50Z156°,S22=0.59Z-26°o设计50。负载的一般共栅极振荡器及反

射型介质谐振振荡器。介质谐振器的参数为Q0=5000,8=7。全部匹配电路采用分布参数器件（微带基

板参数：介电常数为4.2,介质材料厚度为1.45mm,导带厚度为0.035mm），并画出两种振荡器|fout|

随频率变化曲线.

5.（10分）已知通信系统的工作频率2.xxxGHz,信道带宽为20MHz,发射及接收天线增益均为15dB,

接收机整机噪声系数为6dB,接收机正常工作的信噪比为12dB。若发射机功率管的输出三阶交调截点

0IP3（不考虑功放前面电路对总三阶交调截点的影响）为40dBm,功率容量Pout,ldB为31dBm,求27℃

时系统的最大通信距离。

6.（10分）设计一个无线数字通信系统，要求其通信距离为2公里，数据率为100Mbps。编码方式自

选（编码不同，谱效率及码元能噪比不同），收发天线增益均为1,若假定系统工作带宽为中心频率的

10%,针对频率6.xxxGHz,给出系统正常工作的最小功率。若通信距离为10公里时情况怎样？

2014级研究生射频电路试卷

专业电子与通信工程年级研一2014级学号2014282120188姓名王世杰_________

成绩总分123456

1.解：学号末三位为188,则中心工作频率为2.188GHz。

集总参数设计.

由180°混合耦合环结构可知，其环线总长度为丝，2口与1口、1口与3口及3口与4口间距均为巴。

44

因此设计三个90°电长度，再设计一个270。电长度就可以完成设计。

90°电长度的电路可以用万型电路代替，其电路图如图1：

图1万型结构电路图

乃型结构电路图，它的转移参量矩阵为：

r-I1-CD~LCj①L

jcoCil-^LC)\-arLC

由课本查表可得，A参数的结果

cos(")jZcsin(〃)-

[A〕=/sin(例)cos(4)

90°电长度时，税吟

一。jZ：

所以，[A]=J_0

_Z,_

0jZc

\-CO2LCjcoL

所以,./

jcoC(2-co2LC)\-CO2LC0

z.

L*=aZ。V2-5O

”=5.1790“4

CD2兀f2万*2.170*1()9

所以，・

1_1_________1_________

c=9F=1.0358pF

coZc~2%/&Zo-2^-2.170-10-50V2

2700电长度的电路可以用T型电路代替，其电路图如图2：

cc

T型电路，它的转移参量矩阵为:

1

CO2LC菽一苏“)

1

X~co2LC

jeL

3%

270°电长度时,伊

0-%

此时，[A]=j(

Lz.

------------(2-------)

0~jZc

a)2LCjcoCCD2LC

所以,-工0

,1J

Z,

jcoLCD2LC

Z-0Z。V2-50

”=5.1790〃”

,『行2万*2.170*1()9

解得,

1_1---------!-------f=F=1.0358pF

coZc-2万/后Z02^-2.170-109-50A/2

从计算结果可知，两种电路的L和C值一样。

所以，集总参数的电路设计如图3：

Term,Term,

lfTerm........................................................TermlTerm3

Term4

Term2Num=1.Num=3

<Nuni=2/Num=4

.Z=SOOhmZ=50Ohm

>ZsSOOhm>Z=50Ohm

C3.

*C=i.0368pF

I

图3.集总参数电路设计图

ADS仿真结果如图4、5、6、7、8、9、10、11所示：

(

二

s)

pm

freq,GHz

图4.dB(S(l,D)

m2

-3.010

-3.015

(-3.020-

o

zm2

-3.0253freq=2188GHz

codB(S(2,1))=3010

pm

-3.030-

-3.035-

-3.0402222222222

.....

414122222

o。24802468

6,6X

freq,GHz

图5.dB(S(2,D)

-2.994

-2.996

-2.998

(-3.000-

m

e

s-3.002-

m

p-3.004-

-3.006-

-3.008

-3.010

-3.012—-———-——-——

22222222222

..二..

0一4222

11122

o8。2468。2468

6

freq,GHz

图6.dB(S(3,1))

-40

(

(

L

G

cmo

p

-160-

-180—

-200-

-220-

4o

I2--——

-2O22N

.2

6011

802NJ

00

freq,GHz

图7.dB(S(4,1))

图8.S(4,4)和S(h1)的频率响应图(左边幅频特性，右边相频特性)

07084

07082-

07080-

((

二7

7

E.

07078-返

访B*

ee

E07076-

m5

s.freq=2188GHz

07074-phase(S(3.1))=-90000f

07072-

07070

§

图9.S(2,4)和S(3,1)的频率响应图(左边幅频特性，右边相频特性)

图10.S(3,4)和S(2,1)的频率响应图(左边幅频特性，右边相频特性)

00030

00025

gg(S(4.i)产1646E-12

(00020(g

(cG-

dqidx

sssS40

)oJ

00015s35

ffErrQe格30

Eg&

00010

图11.S(1,4)和S(4,1)的频率响应图(左边幅频特性，右边相频特性)

由图9可知，S(3,1)和S(2,4)的频响，右边相位相差180°,与180。混合耦合环特性相符,而且幅度在2.165G

处达到0.707倍，功率均分。

由图10可知，S(2,1)和S(3,4)的频率响应都重合了，而且幅度在2.170GHz处刚好是0.707倍,说明功率均分

了.

因此该设计满足要求。

二.分布参数设计

使用ADS的LineCalc计算微带线的参数,如图12：

HLineC^k/untided

图12.Linecalc计算微带线的参数

因此可得到，w2=2.8272mm；\vl=l.4808mm,线长19.7964mm；rl的初值是(19.7964—枚2)/(4/3)=16.2044〃7/〃

ADS仿真电路图如图13：

Ttrrn

Subst=-MSubr

TI3Tenn3Stan=2073GHz

Z=50OhmW=28272mmSubst="MSubrNum=3Stop=2273GHz

L=25mm

0W=2B2Z2mmZ=50OhmS»p=0001GHz

L=2.5mm

-TX

Cur«e2S\Cur<3

47MTEE_ADSSubst=-MSubrMTEEJDS

Sutets-MSubr

TeelW=14808mmTM3

MCURVESgM・N$ubrSvt”N9ub1-W»14808mm

Angle=€0AAgie=60

CuneiW1»14808mmRadius=162(M4mrnW1=1砍8mm

SUbstfbrW2、14808mmW2»14808mmRad«n=W2044nw

W»14808mm

W3=28272nvnW3=28272mmMSut)

Angle=60MT£EADS

RXius・16204.4mmT«o4MStlB•'

MTEEADS.MSubl

Tee?W1-14808mmMLN..

,,

Sub5t="MSub1W2=14808mmTL4Er=42

W1=14808nimW3=28272<nmSubst=-MSub1-Mur=1

4W2=14808mmW=28272mmCond=t0£*50

W3夕.8272mmt=25mmHu=1.Oe+O33mm

Subst=-MSubr0

W=28272mmT=OO35mtn

TatO>0

1=2Smm

x._Rough=0mm

I>IT«rm4

|T«m)I$INum=4

Term2|]|z=50Qhm

Num=2

MCURV6

Z»50OhmMCURVE

Cur«6Cure，

CZJSub»t»'MSUb1Sub»t="MSUbr

W»14808mm

•MLWMCURVEW=14808mmW=14808mm

Angle=60

2044""iUtFSubrCur^5L»28272mmAngie=60

Radw16Radys=162044mm

W=14808tnmW=14808mm

1=28272mmAngte=60

Rad«sa162044mrn

图13.ADS仿真电路图

ADS生成仿真版图如图14：

图14.ADS仿真版图

ADS仿真结果如图15、16、17、18：

-300

rru

fr©qx2188GHz

d0(S(1.1)产41146

-75-

-80iri*r1i*i

22222

2K)2

**02468468

freqGHZ

freqGHz

图15.dB(S(l,1))、dB(S(2,1))、dB(S(3,1))、dB(S(4,1))仿真结果

Q0321

00X-

0.028-

0026-

5=0.024-§a

二

二i0-

w0.022-

S)ss)

")Q020-¥o

£»8g-20-

E0018-€e

s40-

Q014-

0012-

Q010-

Q006--

2

S

图16.S(l,l)、S(4,4)频率响应仿真结果(左边幅频特性，右边相频特性)

?

(S3

)

S

E

图17.S(2,l)、S(3,4)频率响应仿真结果(左边幅频特性，右边相频特性)

07110

(MEZE

碰

'SToi

ae

EE

07070-

07065-

S3o

freqGHz

图18.S(3,1)、S(2,4)频率响应仿真结果(左边幅频特性,右边相频特性)

图18.S（4,1）、S（l,4）频率响应仿真结果（左边幅频特性，右边相频特性）

由仿真结果可知，虽然效果没之前好，但是可以达到设计要求，

2.解:学号末三位为188,中心工作频率为2.4+0.188=2.588GHz。

一、集总参数设计

归一化频率为。尸包（竺—2）=1.599

1

BWco00

查找课本上的图4.7,可知0.5dB的等波纹在归一化频率为1.599处衰减20dB的滤波器阶数应为4。

再由课本上的式4.8算出4阶切比雪夫滤波器的元件参数为：

glg2g3g4g5

1.82591.30362.58650.92021.9841

然后选用电阻输入型的电路，经过阻抗和频率变换后的实际电感电容值为:

Cl（并联）L2(百日联）C3（并联）L4（串联）C5(拼F联）

Cl(PFLl(nH)C2(pF)L2(nH)C3(pFL3(nH)C4(pF)L4(nH)C5(PF)L5(nH)

))

14.530.26700.149625.9320.580.18850.211918.3115.790.2457

根据以上参数，并利用ADS进行建模可以得到图19、20、21：

图19.ADS仿真电路图

0-m2m3

0

(

二

s)

pm

m4

-100

freq=2270GHz

dB(S(2,1))=-26274

-30i■—।-r-j•-i—•।i~j।।—•ip-1-j।।-i