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高频电路设计与制作_日 市川裕一青木胜.pdf

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第1章欢迎进入高频世界成为高频工程师为目标频带和电路“高频”是一个笼统的概念,并无严格定义。因此,在本书中把300MHz~3GHz频率认为是高频带(图1.1),而将这种频带的电路定义为“高频电路”。数字电路低频电路电世界的人口微波毫米波300kHz 3MHz30MHz 300MHz 3GHz 30GHz 300GHz图1.1本书中的“高频”频带2第1章欢迎进入高频世界例如,以正在加速开发的蓝牙(Bluetooth)、无线LAN等无线数据通讯设备的1~3GHz频带电路(图1.2)等。这是由单片元件构成的电路和由微带线等构成的电路混合组成的有趣的电路。对于单片元件,由于存在寄生成分,因此,其频率是偏离理想特性的频率。天线低噪声混频器放大器RXBPF(降频)IF BPF图天线开关基带功率放大器(升频)图1.22GHz频带收发信号系统的方框图1.2高频电路设计环境的变化1,最重要的是“经验”随着高频电路和微波电路仿真软件的迅速发展,以及计算机的高性能化,高频电路设计者手中的工具已从电烙铁渐渐变成了键盘(图1.3)。图1.3高颜电路设计工具的变化1.2高频电路设计环境的变化3然而,即使设计者的工具改变了,但使用该工具的高频电路设计者所追求的目的没有变,这就是“经验”。所谓必要的经验是什么?请考察以下情况。2.过去的设计方式首先回顾一下十几年前高频领域的状况。当时,PC/AT兼容的个人计算机(IBM制)中使用的高频/微波电路仿真软件(Touchstone)逐渐上市,仿真软件的工作环境开始从大型计算机转到个人计算机。将由电子计算器和史密斯图所设计电路的节点清单(表示电路元件及其连接的清单)输入到高频/微波电路仿真软件(Touchstone)中,仿真结果和所预期的特性一样。但是,由于当时个人计算机的性能较低,即使是对简单电路进行仿真也需要几分钟的时间。若想进行最佳分析,往往要花费数小时。由于在那个年代,只能依靠自己的头脑,使用文献资料、计算器、史密斯图来设计电路,在确认动作及验证时使用仿真软件。同时,Hewlett-Packard(HP)公司推出了矢量网络分析仪HP85l0,其性能、功能及操作性极佳。当时,几乎没有高频IC,设计者选定照片l.1所示的MESFET(MetalSemiconductor Field Effect Transistor,金属半导体场效应晶体管)与二极管等分立元件,使用史密斯图设计匹配电路,并用手绘制印制图案,有时还自己手工照片1.1高频GaAs刻蚀来制造基板MESFET(S频带功率放电路设计者本身有时也参与半导体大用,日本电气(株)提供)的设计。对于不具有特定频率特性的MESFET如图1.4所示,无法由引线接合方式调整来覆盖间隙,从而构成早期MESFET。因此为了得到所期望的特性,要决定引线接合的位置,再根据其结果制造MESFET。3.目前的设计方式随着个人计算机和仿真器的高性能化与多功能化的实现,可在一台个人计算机上完成从电路到印制图案的设计。也就是说,其设计方式从纸上变为在个人计算机上的设计。对应的高频无源元件,例如,单片电容器与电感器等品种是非常丰富的。这是源于高频半导体快速发展的结果,高频电路的设4第1章欢迎进入高频世界调整半导体芯片→PA-XX无调整状态假调整将调整指示处覆盖间隙进行引线接合后完成用钢板等来连接调整用印制图案图1.4使用MESFET内的调整用垫来调整频率特性计也随之变得非常容易。在改善高频设计环境的同时,很快也进行了如下的设计分工,①单一功能电路的设计。滤波器和放大器等单一功能电路模块的设计人员,尤其是元件厂商的工程技术人员负责。②高频装置的设计。将高频模块与IC组合,设计高频装置的人员,尤其是制品厂商的工程技术人员负责。元件厂商集中于特定电路的设计,而制品厂商集中于将其元件组合为装置的工作。因此,加快了设计速度。1.3现在高频电路设计中广泛存在的弊端也许有人认为“高频电路设计环境的完好,对应各种高频元件的不断出现,分工细化的结果,电路设计变得很容易,设计速度也加快了,难道说还有弊端吗?1.即使能操作仿真软件也不能进行电路设计随着高性能的个人计算机和高性能、高功能仿真软件的出现,也许有人会产生“只要有高频/微波电路仿真软件,就能设计出高频电路”的错觉。的确,即使不了解高频电路的人,只要将电路输入到个人计算
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