專利名稱：一種射頻信號匹配衰減網絡的一級設計方法
技術領域：
本發明涉及射頻信號的匹配衰減技術，特別涉及一種射頻信號匹配衰減網絡的一級設計方法。
背景技術：
無線技術的廣泛應用，使得高頻通信電子電路得到飛速的發展。在高頻通信電子電路中，為了得到非線性器件如混頻器件的最佳工作點，常常要控制射頻信號的大小，對射頻信號進行一定的放大和衰減。然而，射頻信號傳輸的連續性要求不能存在反射，即要保持衰減網絡與傳輸線的阻抗匹配，否則將導致信號的傳輸失真，因此，為射頻信號設置阻抗匹配的衰減網絡非常重要。
通常為射頻信號設置阻抗匹配的衰減網絡分為兩個步驟，第一步，為射頻信號設置衰減網絡，即在射頻信號電子電路上串聯具有固定阻值的電阻，實現射頻信號的衰減；第二步，為射頻信號設置阻抗匹配網絡，使具有衰減網絡的射頻信號在傳輸時不存在反射，保持射頻信號的衰減網絡與傳輸線的阻抗匹配。
但是，利用這種方法為射頻信號設置阻抗匹配的衰減網絡，存在著缺點第一，該方法采用兩個網絡分別實現射頻信號的衰減和阻抗匹配，增加了為射頻信號設置阻抗匹配的衰減網絡的復雜性；第二，該方法采用兩個網絡實現射頻信號的衰減和阻抗匹配，增加了布置射頻信號的印制板的布板面積，浪費了成本。
發明內容
有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種射頻信號匹配衰減網絡的一級設計方法，該方法能夠簡便的為射頻信號設置阻抗匹配的衰減網絡，從而節約了成本。
根據上述目的，本發明的具體實施方案如下一種射頻信號一級匹配衰減網絡的實現方法，該方法包括A、預先測量射頻電子電路的負載阻抗；B、當測出的負載阻抗特性為感性時，設置由電阻和電容連接構成的П型匹配衰減網絡，其中，電容位于該П型匹配衰減網絡的末端與負載并聯；當測出的負載阻抗特性為容性時，設置由電阻和電感連接構成的T型匹配衰減網絡，其中，電感位于該T型匹配衰減網絡末端與負載串聯；C、利用步驟A測出的負載阻抗、П型或T型匹配衰減網絡的中心頻率和設置的衰減量計算出П型或T型匹配衰減網絡中相應器件的值，再根據該值選擇相應的器件實現П型或T型匹配衰減網絡。
所述計算出П型匹配衰減網絡中相應器件的值的過程為根據步驟A所述測出的負載阻抗中的電抗值計算出該負載的導納值或用網絡分析儀測量出該負載的導納值YL-jGL，并聯電容抵消負載的感抗即為П型匹配衰減網絡中電容器件的導納值G22＝GL，設置該П型匹配衰減網絡的中心頻率為f0，則電容器件的電容值C為C＝G22/2πf0；將П型匹配衰減網絡的傳輸系數設置為衰減量，П型匹配衰減網絡的反射系數為0，將設置的衰減量和反射系數代入П型匹配衰減網絡，計算出該П型匹配衰減網絡各支路中的電阻器件的導納值。
所述計算出該T型匹配衰減網絡中相應器件的值的過程為步驟A測出的負載阻抗中的電抗值為容性，負載為ZL-jXL，串聯電感抵消負載的容抗即作為T型匹配衰減網絡中電感器件的電抗值X22＝XL，設置該T型匹配衰減網絡的中心頻率為f0，則該電感器件的電感值W為W＝X22/2πf0；
將T型匹配衰減網絡的傳輸系數設置為衰減量，T型匹配衰減網絡的反射系數為0，將設置的衰減量和反射系數代入T型匹配衰減網絡，則計算出該T型匹配衰減網絡各支路中的電阻器件的電抗值。
步驟B所述的電容用低阻的微帶線替代。
步驟B所述的電感用高阻的微帶線替代。
用網絡分析儀測量步驟A所述的射頻信號電子電路的負載阻抗。
該方法進一步包括用網絡分析儀調試設置好的П型或T型匹配衰減網絡，使得П型或T型匹配衰減網絡滿足射頻電子電路系統的要求。
本發明采用一級網絡為射頻信號設置匹配衰減網絡，根據射頻信號電子電路上負載呈現的電抗特性設置不同的匹配衰減網絡當該負載的電抗特性為感性時，設置容性П型匹配衰減網絡；當該負載的電抗特性為容性時，設置感性T型匹配衰減網絡。根據射頻信號電子電路和要求的衰減量，計算П型匹配衰減網絡中或T型匹配衰減網絡中相應器件的器件值，根據相應器件的器件值設置П型匹配衰減網絡中或T型匹配衰減網絡中的相應器件。本發明提供的方法簡便的為射頻信號設置了匹配衰減網絡，減少使用印制板，從而節約了成本。
圖1為采用П型匹配衰減網絡的示意圖。
圖2為采用T型匹配的衰減網絡的示意圖。
圖3為微帶線的結構圖。
具體實施例方式
為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下舉實施例并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
本發明提供的方法首先根據射頻電子電路實際負載特性選擇衰減網絡類型，確定用T型衰減網絡或者用П型衰減網絡。本發明首先抵消負載的虛部電抗部分，即當測出的負載阻抗特性為感性時，并聯電容；負載阻抗為容性串聯電感，使得負載僅存在實部，再通過電阻網絡實現匹配衰減。具體地說當負載阻抗特性為感性時，設置由電阻和電容構成的П型匹配衰減網絡，電容位于該П型匹配衰減網絡的末端與負載并聯；當測出的負載阻抗特性為容性時，設置由電阻和電感構成的T型匹配衰減網絡，電感位于該T型匹配衰減網絡末端與負載串聯。再根據實際負載及要求的射頻信號功率衰減量，計算出衰減網絡的各個元件參數值，最后根據射頻電子電路射頻信號傳輸的功率容限及計算得到的各個元件的參數值，選擇元件相應的封裝實現衰減匹配網絡。
為射頻信號設置匹配的衰減網絡的過程如下步驟1、確定匹配衰減網絡的中心頻率，設置中心頻率為f0，例如當該射頻信號用于無線局域網通信領域中時，使用中心頻率為2.45GHz步驟2、采用網絡分析儀測量射頻信號電子電路實際負載在中心頻率的阻抗為ZL＝RL+jXL，其中XL為電抗值；步驟3、根據測量的負載阻抗選擇衰減網絡的形式，當該阻抗的XL為正值時，該負載阻抗為感性，采用П型匹配的衰減網絡，轉入步驟4；當該阻抗的XL為負值時，該負載阻抗為容性，采用T型匹配的衰減網絡，轉入步驟8；步驟4、如圖1所示，圖1為采用П型匹配衰減網絡的示意圖該匹配衰減網絡由三個電阻器件R1、R2、R3和一個電容器件C1組成，該網絡與負載直接并聯電容。該匹配衰減網絡形如П型，分別設置電阻器件R1的導納值為Y11、電阻器件R2的導納值為Y12、電阻器件R3的導納值為Y22和電容器件C1的導納值為G22；步驟5、用網絡分析儀測量或根據負載的阻抗計算出負載的導納為YL-jGL，確定匹配衰減網絡的電容器件C1的導納值為G22，即G22＝GL (1)
即匹配衰減網絡的導納值G22等于測得的射頻電子電路的負載導納值的負數，兩者相加為虛部為0，抵消負載的電抗因數；步驟6、設置射頻信號匹配衰減網絡的衰減量S21的值，計算П型匹配的衰減網絡中各個器件的導納值，即計算Y11、Y12和Y22，計算的過程如下射頻信號匹配衰減網絡必須與射頻信號電子電路相匹配，所以射頻信號匹配衰減網絡的反射系數S11為0，保證在射頻信號電子電路添加匹配衰減網絡后的電阻值為50歐姆，即該匹配衰減網絡端口的導納值YN11＝1/50，其YN11為YN11＝(Y22+YL)*Y12/(Y12+Y22+YL)+Y11＝1/50，(2)；根據無源網絡的互易原理，射頻信號匹配衰減網絡的傳輸系數S12等于網絡衰減量S21，則Y11＝Y22+YL， (3)；S21＝Y12*Y11/(2*Y11*Y12+Y11*Y11)， (4)；根據公式(2)、(3)和(4)，計算出Y11、Y12和Y22；步驟7、根據計算出的Y11、Y12、Y22值，采用電阻器件分別設置匹配衰減網絡的電阻，根據G22的值，采用集中元件電容或微帶線設置匹配衰減網絡的電容；步驟8、如圖2所示，圖2為采用T型匹配的衰減網絡的示意圖，該匹配衰減網絡由三個電阻器件R11、R21、R31和一個電感器件W1組成，該網絡與負載直接連接的支路中連接有電感。分別設置電阻器件R11的阻抗值為Z11、電阻器件R21的阻抗值為Z12、電阻器件R31的阻抗值為Z22和電感器件W1的電抗值為X22；步驟9、確定匹配衰減網絡的電感器件W1的電抗值為X22，即X22＝XL (5)即匹配衰減網絡的電感器件W1的電抗值X22等于測得的射頻電子電路的負載電抗值的負數，兩者相加為虛部為0，抵消負載的電抗；步驟10、設置射頻信號匹配衰減網絡的衰減量S21的值，計算T型匹配的衰減網絡中各個器件的阻抗值，即計算Z11、Z12和Z22，計算的過程如下射頻信號匹配衰減網絡必須與射頻信號的后級輸出電路匹配，所以射頻信號匹配衰減網絡的反射系數S11為0，即該匹配衰減網絡端口的阻抗值ZN11＝50，其ZN11為ZN11＝Z11+Z12*(Z22+RL)/(Z12+Z22+RL)＝50，(6)；射頻信號匹配衰減網絡的傳輸系數S21等于網絡衰減量S21，根據無源網絡的互易原理，則Z11＝Z22+RL，(7)；S21＝Z12*Z11/(2*Z11*Z12+Z11*Z11)， (8)；根據公式(5)、(6)、(7)和(8)，計算出Z11、Z12和Z22；步驟11、根據計算得出的Z11、Z12和Z22選擇電阻元件實現匹配衰減網絡的電阻，根據計算得出的X22采用集中元件電感或微帶線實現匹配衰減網絡的串聯電感，用網絡分析儀對設置的該匹配衰減網絡進行調試與測試，得到實際應用中的匹配衰減網絡。
在П型匹配衰減網絡中，使用電容實現匹配衰減網絡中的電抗部分，電容C1的容值計算如下C＝G22/2πf0(9)；在T型匹配衰減網絡中，使用電感實現匹配衰減網絡中的電抗部分，電感的電感W1值計算如下W＝X22/2πf0(10)。
本發明還可以使用微帶線實現在П型匹配衰減網絡中并聯電容，在T型匹配衰減網絡中串聯電感。微帶線的結構如圖3所示該微帶線由寬度為w的信號傳輸線、高度為h的信號絕緣介質和信號傳輸地線構成。
當在П型匹配衰減網絡中，采用短的低阻傳輸線實現并聯電容，即在并聯電容的地方放置一段低阻傳輸線，設置該低阻傳輸線的阻抗值為Z，設置該低阻傳輸線寬為w，設置該低阻傳輸線絕緣介質高為h，其w小于h，則該傳輸線的高度和寬度計算如下Z＝60ln(8h/w+w/4h) (11)，Z＝120π/(w/h+2.42-0.44h/w+(1-h/w)6(12)，根據公式(11)和(12)可以計算出該低阻傳輸線的線高和線寬。
該低阻傳輸線的線長計算如下εe＝(1+εr)/2+(εr-1)/2/(1+10h/w)0.5(13)，λg＝C光速/(εe*f0) (14)，該傳輸線的線長為l＝G22*Z*λg/(2π)(15)；當在T型匹配衰減網絡中，采用短的高阻傳輸線實現串聯電感，即在放置電感的地方放置一段高阻傳輸線，設置該高阻傳輸線的阻抗值為Z，設置該高阻傳輸線寬為w，設置該阻傳輸線絕緣介質高為h，其w小于h，則該傳輸線的高度和寬度根據公式(13)和公式(14)可以計算得出該高阻傳輸線的線長為1＝X22*λg/(2πZ) (16)；將公式(13)和公式(14)帶入公式(16)，計算得出該高阻傳輸線的線長。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所做的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種射頻信號匹配衰減網絡的一級設計方法，其特征在于，該方法包括A、預先測量射頻信號電子電路的負載阻抗；B、當測出的負載阻抗特性為感性時，設置由電阻和電容連接構成的∏型匹配衰減網絡，其中，電容位于該∏型匹配衰減網絡末端與負載并聯；當測出的負載阻抗特性為容性時，設置由電阻和電感連接構成的T型匹配衰減網絡，其中，電感位于該T型匹配衰減網絡末端與負載串聯；C、利用步驟A測出的負載阻抗、∏型或T型匹配衰減網絡的中心頻率和設置的衰減量計算出∏型或T型匹配衰減網絡中相應器件的值，再根據該值選擇相應的器件實現∏型或T型匹配衰減網絡。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述計算出∏型匹配衰減網絡中相應器件的值的過程為根據步驟A所述測出的負載阻抗中的電抗值為感性，計算出該負載的導納值或用網絡分析儀測量出該負載的導納值YL-jGL，并聯電容抵消負載的感抗即∏型匹配衰減網絡中電容器件的導納值G22＝GL，設置該∏型匹配衰減網絡的中心頻率為f0，則電容器件的電容值C為C＝G22/2πf0；將∏型匹配衰減網絡的傳輸系數設置為衰減量，∏型匹配衰減網絡的反射系數為0，將設置的衰減量和反射系數代入∏型匹配衰減網絡，計算出該∏型匹配衰減網絡各支路中的電阻器件的導納值。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述計算出該T型匹配衰減網絡中相應器件的值的過程為步驟A測出的負載阻抗中的電抗值為容性，負載為ZL-jXL，串聯電感抵消負載的容抗即作為T型匹配衰減網絡中電感器件的電抗值X22＝XL，設置該T型匹配衰減網絡的中心頻率為f0，則該電感器件的電感值W為W＝X22/2πf0；將T型匹配衰減網絡的傳輸系數設置為衰減量，T型匹配衰減網絡的反射系數為0，將設置的衰減量和反射系數代入T型匹配衰減網絡，則計算出該T型匹配衰減網絡各支路中的電阻器件的電抗值。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟B所述的電容用低阻的微帶線替代。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟B所述的電感用高阻的微帶線替代。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，用網絡分析儀測量步驟A所述的射頻信號電子電路的負載阻抗。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，該方法進一步包括用網絡分析儀調試設置好的∏型或T型匹配衰減網絡，使得∏型或T型匹配衰減網絡滿足通信電子電路系統的使用。
全文摘要
本發明公開了一種射頻信號匹配衰減網絡的一級設計方法，該方法包括A.測量射頻電子電路的負載阻抗；B.設置由電阻和電容構成的Π型匹配衰減網絡，電容位于該Π型匹配衰減網絡的末端與負載并聯；當測出的負載阻抗特性為容性時，設置由電阻和電感構成的T型匹配衰減網絡，電感位于該T型匹配衰減網絡末端與負載串聯；C.根據測出的負載阻抗、Π型或T型匹配衰減網絡的中心頻率和要求的衰減量計算出該Π型或T型匹配衰減網絡中相應器件的值，再根據該值選擇相應的器件實現Π型或T型匹配衰減網絡。該方法能夠簡便的為射頻信號設置阻抗匹配的衰減網絡，從而節約了成本。
文檔編號H04B1/16GK1581706SQ0315331
公開日2005年2月16日 申請日期2003年8月8日 優先權日2003年8月8日
發明者單文英, 楊胤嗣, 高梅, 宋建平 申請人:聯想(北京)有限公司