CN1581706A - 一种射频信号匹配衰减网络的一级设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种射频信号匹配衰减网络的一级设计方法，该方法包括：A.测量射频电子电路的负载阻抗；B.设置由电阻和电容构成的Π型匹配衰减网络，电容位于该Π型匹配衰减网络的末端与负载并联；当测出的负载阻抗特性为容性时，设置由电阻和电感构成的T型匹配衰减网络，电感位于该T型匹配衰减网络末端与负载串联；C.根据测出的负载阻抗、Π型或T型匹配衰减网络的中心频率和要求的衰减量计算出该Π型或T型匹配衰减网络中相应器件的值，再根据该值选择相应的器件实现Π型或T型匹配衰减网络。该方法能够简便的为射频信号设置阻抗匹配的衰减网络，从而节约了成本。
Description
技术领域
本发明涉及射频信号的匹配衰减技术，特别涉及一种射频信号匹配衰减网络的一级设计方法。
背景技术
无线技术的广泛应用，使得高频通信电子电路得到飞速的发展。在高频通信电子电路中，为了得到非线性器件如混频器件的最佳工作点，常常要控制射频信号的大小，对射频信号进行一定的放大和衰减。然而，射频信号传输的连续性要求不能存在反射，即要保持衰减网络与传输线的阻抗匹配，否则将导致信号的传输失真，因此，为射频信号设置阻抗匹配的衰减网络非常重要。
通常为射频信号设置阻抗匹配的衰减网络分为两个步骤，第一步，为射频信号设置衰减网络，即在射频信号电子电路上串联具有固定阻值的电阻，实现射频信号的衰减；第二步，为射频信号设置阻抗匹配网络，使具有衰减网络的射频信号在传输时不存在反射，保持射频信号的衰减网络与传输线的阻抗匹配。
但是，利用这种方法为射频信号设置阻抗匹配的衰减网络，存在着缺点：第一，该方法采用两个网络分别实现射频信号的衰减和阻抗匹配，增加了为射频信号设置阻抗匹配的衰减网络的复杂性；第二，该方法采用两个网络实现射频信号的衰减和阻抗匹配，增加了布置射频信号的印制板的布板面积，浪费了成本。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种射频信号匹配衰减网络的一级设计方法，该方法能够简便的为射频信号设置阻抗匹配的衰减网络，从而节约了成本。
根据上述目的，本发明的具体实施方案如下：
一种射频信号一级匹配衰减网络的实现方法，该方法包括：
A、预先测量射频电子电路的负载阻抗；
B、当测出的负载阻抗特性为感性时，设置由电阻和电容连接构成的П型匹配衰减网络，其中，电容位于该П型匹配衰减网络的末端与负载并联；当测出的负载阻抗特性为容性时，设置由电阻和电感连接构成的T型匹配衰减网络，其中，电感位于该T型匹配衰减网络末端与负载串联；
C、利用步骤A测出的负载阻抗、П型或T型匹配衰减网络的中心频率和设置的衰减量计算出П型或T型匹配衰减网络中相应器件的值，再根据该值选择相应的器件实现П型或T型匹配衰减网络。
所述计算出П型匹配衰减网络中相应器件的值的过程为：
根据步骤A所述测出的负载阻抗中的电抗值计算出该负载的导纳值或用网络分析仪测量出该负载的导纳值YL-jGL，并联电容抵消负载的感抗即为П型匹配衰减网络中电容器件的导纳值G22＝GL，设置该П型匹配衰减网络的中心频率为f0，则电容器件的电容值C为C＝G22/2πf0；
将П型匹配衰减网络的传输系数设置为衰减量，П型匹配衰减网络的反射系数为0，将设置的衰减量和反射系数代入П型匹配衰减网络，计算出该П型匹配衰减网络各支路中的电阻器件的导纳值。
所述计算出该T型匹配衰减网络中相应器件的值的过程为：
步骤A测出的负载阻抗中的电抗值为容性，负载为ZL-jXL，串联电感抵消负载的容抗即作为T型匹配衰减网络中电感器件的电抗值X22＝XL，设置该T型匹配衰减网络的中心频率为f0，则该电感器件的电感值W为W＝X22/2πf0；
将T型匹配衰减网络的传输系数设置为衰减量，T型匹配衰减网络的反射系数为0，将设置的衰减量和反射系数代入T型匹配衰减网络，则计算出该T型匹配衰减网络各支路中的电阻器件的电抗值。
步骤B所述的电容用低阻的微带线替代。
步骤B所述的电感用高阻的微带线替代。
用网络分析仪测量步骤A所述的射频信号电子电路的负载阻抗。
该方法进一步包括：用网络分析仪调试设置好的П型或T型匹配衰减网络，使得П型或T型匹配衰减网络满足射频电子电路系统的要求。
本发明采用一级网络为射频信号设置匹配衰减网络，根据射频信号电子电路上负载呈现的电抗特性设置不同的匹配衰减网络：当该负载的电抗特性为感性时，设置容性П型匹配衰减网络；当该负载的电抗特性为容性时，设置感性T型匹配衰减网络。根据射频信号电子电路和要求的衰减量，计算П型匹配衰减网络中或T型匹配衰减网络中相应器件的器件值，根据相应器件的器件值设置П型匹配衰减网络中或T型匹配衰减网络中的相应器件。本发明提供的方法简便的为射频信号设置了匹配衰减网络，减少使用印制板，从而节约了成本。
附图说明
图1为采用П型匹配衰减网络的示意图。
图2为采用T型匹配的衰减网络的示意图。
图3为微带线的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举实施例并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的方法首先根据射频电子电路实际负载特性选择衰减网络类型，确定用T型衰减网络或者用П型衰减网络。本发明首先抵消负载的虚部电抗部分，即当测出的负载阻抗特性为感性时，并联电容；负载阻抗为容性串联电感，使得负载仅存在实部，再通过电阻网络实现匹配衰减。具体地说当负载阻抗特性为感性时，设置由电阻和电容构成的П型匹配衰减网络，电容位于该П型匹配衰减网络的末端与负载并联；当测出的负载阻抗特性为容性时，设置由电阻和电感构成的T型匹配衰减网络，电感位于该T型匹配衰减网络末端与负载串联。再根据实际负载及要求的射频信号功率衰减量，计算出衰减网络的各个元件参数值，最后根据射频电子电路射频信号传输的功率容限及计算得到的各个元件的参数值，选择元件相应的封装实现衰减匹配网络。
为射频信号设置匹配的衰减网络的过程如下：
步骤1、确定匹配衰减网络的中心频率，设置中心频率为f0，例如：当该射频信号用于无线局域网通信领域中时，使用中心频率为2.45GHz步骤2、采用网络分析仪测量射频信号电子电路实际负载在中心频率的阻抗为ZL＝RL+jXL，其中XL为电抗值；
步骤3、根据测量的负载阻抗选择衰减网络的形式，当该阻抗的XL为正值时，该负载阻抗为感性，采用П型匹配的衰减网络，转入步骤4；当该阻抗的XL为负值时，该负载阻抗为容性，采用T型匹配的衰减网络，转入步骤8；
步骤4、如图1所示，图1为采用П型匹配衰减网络的示意图：该匹配衰减网络由三个电阻器件R1、R2、R3和一个电容器件C1组成，该网络与负载直接并联电容。该匹配衰减网络形如П型，分别设置电阻器件R1的导纳值为Y11、电阻器件R2的导纳值为Y12、电阻器件R3的导纳值为Y22和电容器件C1的导纳值为G22；
步骤5、用网络分析仪测量或根据负载的阻抗计算出负载的导纳为YL-jGL，确定匹配衰减网络的电容器件C1的导纳值为G22，即
G22＝GL (1)
即匹配衰减网络的导纳值G22等于测得的射频电子电路的负载导纳值的负数，两者相加为虚部为0，抵消负载的电抗因数；
步骤6、设置射频信号匹配衰减网络的衰减量S21的值，计算П型匹配的衰减网络中各个器件的导纳值，即计算Y11、Y12和Y22，计算的过程如下：
射频信号匹配衰减网络必须与射频信号电子电路相匹配，所以射频信号匹配衰减网络的反射系数S11为0，保证在射频信号电子电路添加匹配衰减网络后的电阻值为50欧姆，即该匹配衰减网络端口的导纳值YN11＝1/50，其YN11为：
YN11＝(Y22+YL)*Y12/(Y12+Y22+YL)+Y11＝1/50， (2)；
根据无源网络的互易原理，射频信号匹配衰减网络的传输系数S12等于网络衰减量S21，则：
Y11＝Y22+YL， (3)；
S21＝Y12*Y11/(2*Y11*Y12+Y11*Y11)， (4)；
根据公式(2)、(3)和(4)，计算出Y11、Y12和Y22；
步骤7、根据计算出的Y11、Y12、Y22值，采用电阻器件分别设置匹配衰减网络的电阻，根据G22的值，采用集中元件电容或微带线设置匹配衰减网络的电容；
步骤8、如图2所示，图2为采用T型匹配的衰减网络的示意图，该匹配衰减网络由三个电阻器件R11、R21、R31和一个电感器件W1组成，该网络与负载直接连接的支路中连接有电感。分别设置电阻器件R11的阻抗值为Z11、电阻器件R21的阻抗值为Z12、电阻器件R31的阻抗值为Z22和电感器件W1的电抗值为X22；
步骤9、确定匹配衰减网络的电感器件W1的电抗值为X22，即
X22＝XL (5)
即匹配衰减网络的电感器件W1的电抗值X22等于测得的射频电子电路的负载电抗值的负数，两者相加为虚部为0，抵消负载的电抗；
步骤10、设置射频信号匹配衰减网络的衰减量S21的值，计算T型匹配的衰减网络中各个器件的阻抗值，即计算Z11、Z12和Z22，计算的过程如下：
射频信号匹配衰减网络必须与射频信号的后级输出电路匹配，所以射频信号匹配衰减网络的反射系数S11为0，即该匹配衰减网络端口的阻抗值ZN11＝50，其ZN11为：
ZN11＝Z11+Z12*(Z22+RL)/(Z12+Z22+RL)＝50， (6)；
射频信号匹配衰减网络的传输系数S21等于网络衰减量S21，根据无源网络的互易原理，则：
Z11＝Z22+RL， (7)；
S21＝Z12*Z11/(2*Z11*Z12+Z11*Z11)， (8)；
根据公式(5)、(6)、(7)和(8)，计算出Z11、Z12和Z22；
步骤11、根据计算得出的Z11、Z12和Z22选择电阻元件实现匹配衰减网络的电阻，根据计算得出的X22采用集中元件电感或微带线实现匹配衰减网络的串联电感，用网络分析仪对设置的该匹配衰减网络进行调试与测试，得到实际应用中的匹配衰减网络。
在П型匹配衰减网络中，使用电容实现匹配衰减网络中的电抗部分，电容C1的容值计算如下：
C＝G22/2πf0 (9)；
在T型匹配衰减网络中，使用电感实现匹配衰减网络中的电抗部分，电感的电感W1值计算如下：
W＝X22/2πf0 (10)。
本发明还可以使用微带线实现在П型匹配衰减网络中并联电容，在T型匹配衰减网络中串联电感。微带线的结构如图3所示：该微带线由宽度为w的信号传输线、高度为h的信号绝缘介质和信号传输地线构成。
当在П型匹配衰减网络中，采用短的低阻传输线实现并联电容，即在并联电容的地方放置一段低阻传输线，设置该低阻传输线的阻抗值为Z，设置该低阻传输线宽为w，设置该低阻传输线绝缘介质高为h，其w小于h，则该传输线的高度和宽度计算如下：
Z＝60ln(8h/w+w/4h) (11)，
Z＝120π/(w/h+2.42-0.44h/w+(1-h/w)6 (12)，
根据公式(11)和(12)可以计算出该低阻传输线的线高和线宽。
该低阻传输线的线长计算如下：
εe＝(1+εr)/2+(εr-1)/2/(1+10h/w)0.5 (13)，
λg＝C光速/(εe*f0) (14)，
该传输线的线长为：l＝G22*Z*λg/(2π) (15)；
当在T型匹配衰减网络中，采用短的高阻传输线实现串联电感，即在放置电感的地方放置一段高阻传输线，设置该高阻传输线的阻抗值为Z，设置该高阻传输线宽为w，设置该阻传输线绝缘介质高为h，其w小于h，则该传输线的高度和宽度根据公式(13)和公式(14)可以计算得出
该高阻传输线的线长为：1＝X22*λg/(2πZ) (16)；
将公式(13)和公式(14)带入公式(16)，计算得出该高阻传输线的线长。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1、一种射频信号匹配衰减网络的一级设计方法，其特征在于，该方法包括：
A、预先测量射频信号电子电路的负载阻抗；
B、当测出的负载阻抗特性为感性时，设置由电阻和电容连接构成的∏型匹配衰减网络，其中，电容位于该∏型匹配衰减网络末端与负载并联；当测出的负载阻抗特性为容性时，设置由电阻和电感连接构成的T型匹配衰减网络，其中，电感位于该T型匹配衰减网络末端与负载串联；
C、利用步骤A测出的负载阻抗、∏型或T型匹配衰减网络的中心频率和设置的衰减量计算出∏型或T型匹配衰减网络中相应器件的值，再根据该值选择相应的器件实现∏型或T型匹配衰减网络。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算出∏型匹配衰减网络中相应器件的值的过程为：
根据步骤A所述测出的负载阻抗中的电抗值为感性，计算出该负载的导纳值或用网络分析仪测量出该负载的导纳值YL-jGL，并联电容抵消负载的感抗即∏型匹配衰减网络中电容器件的导纳值G22＝GL，设置该∏型匹配衰减网络的中心频率为f0，则电容器件的电容值C为C＝G22/2πf0；
将∏型匹配衰减网络的传输系数设置为衰减量，∏型匹配衰减网络的反射系数为0，将设置的衰减量和反射系数代入∏型匹配衰减网络，计算出该∏型匹配衰减网络各支路中的电阻器件的导纳值。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算出该T型匹配衰减网络中相应器件的值的过程为：
步骤A测出的负载阻抗中的电抗值为容性，负载为ZL-jXL，串联电感抵消负载的容抗即作为T型匹配衰减网络中电感器件的电抗值X22＝XL，设置该T型匹配衰减网络的中心频率为f0，则该电感器件的电感值W为W＝X22/2πf0；
将T型匹配衰减网络的传输系数设置为衰减量，T型匹配衰减网络的反射系数为0，将设置的衰减量和反射系数代入T型匹配衰减网络，则计算出该T型匹配衰减网络各支路中的电阻器件的电抗值。
4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B所述的电容用低阻的微带线替代。
5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B所述的电感用高阻的微带线替代。
6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，用网络分析仪测量步骤A所述的射频信号电子电路的负载阻抗。
7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：用网络分析仪调试设置好的∏型或T型匹配衰减网络，使得∏型或T型匹配衰减网络满足通信电子电路系统的使用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: DATONG POWER SUPPLY COMPANY, STATE GRID SHANXI ELE Effective date: 20131126 Owner name: STATE ELECTRIC NET CROP. Free format text: FORMER OWNER: LIANXIANG (BEIJING) CO., LTD. Effective date: 20131126 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 100085 HAIDIAN, BEIJING TO: 100031 DONGCHENG, BEIJING |
|
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20131126 Address after: 100031 West Chang'an Avenue, Beijing, No. 86 Patentee after: State Grid Corporation of China Patentee after: State Grid Shanxi Electric Power Co., Ltd. Datong power supply Co. Patentee after: Lenovo (Beijing) Co.,Ltd. Address before: 100085 Beijing, Haidian District information industry base on the road No. 6 Patentee before: Lenovo (Beijing) Co.,Ltd. |
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| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 100031 West Chang'an Avenue, Beijing, No. 86 Patentee after: State Grid Corporation of China Patentee after: DATONG POWER SUPPLY COMPANY OF STATE GRID SHANXI ELECTRIC POWER Co. Patentee after: Lenovo (Beijing) Co.,Ltd. Address before: 100031 West Chang'an Avenue, Beijing, No. 86 Patentee before: State Grid Corporation of China Patentee before: State Grid Shanxi Electric Power Co., Ltd. Datong power supply Co. Patentee before: Lenovo (Beijing) Co.,Ltd. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20070829 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |