matlab在射频电路中的应用

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1、1.诸论1.1课题的背景及意义在近十年来，通信技术以惊人的速度发展，而射频无线移动通信技术的发展显得尤为迅猛，射频，在无线电传输应用中指的是10KHz至100GHz的频谱范围。目前在无线通信技术领域，射频多指800MHz至2.5GHz的频率范围通信系统的应用。射频技术在当今各个领域得到广泛应用，如：高速语音、数据、图文与图像传输、蜂窝式个人通信与基地站、低轨道卫星移动通信、无线局域网、无线接入系统、全球卫星定位系统、卫星直播电视和多址分布系统等。另一个重要的市场则是智能交通系统、智能化运输系统和多媒体移动接入通信系统MMAC等。此外，也广泛应用于空间电子、雷达、卫

2、星、民航系统、电子对抗等多种尖端科技中[1]。80年代末期，在商用无线通信市场出现之前，大多数RF电路设计都是服务于军事应用的。此后，军用市场开始衰退，而无线通信市场则以指数规律增长。用于商用无线通信产品的RFIC最重要的就是实现低成本，这就要求基片尺寸小，工艺简单，封装便宜。射频的这些应用都是基于射频系统来完成的，而射频系统是由各个模块如放大器[2-4]、混频器及DA转换等组成，这些基本的模块由一些简单的射频电路组成，包括传输线[5-8]、匹配电路[9-11]，偏置电路等。虽然在ADS中可以实现这些模块和基本电路的设计，也可以达到简化的目的。但是在设计过程中电路

3、的性能及电路中的元件在不同的频率范围内有很大的差异，同时也需要进行一些必要的、复杂的计算。而通过MATLAB编程或建模来完成这些基本电路和模块的设计，便可减去那些不必要的计算。在微波射频电路的设计过程中,匹配是最基本也是最常见的问题,匹配离不开阻抗和反射系数等参量的计算,因此会碰到大量繁琐的复数运算,所以常常采用史密斯圆图来进行分析[12-14]。由于采用史密斯圆图解法只是涉及简单的数学运算,方便而又直观[15],因而得到普遍的应用。史密斯圆图虽然发展于十九世纪三十年代,但是直至今日,在计算机辅助设计的程序中,圆图依然是电路阻抗分析、匹配网络的设计、噪声系数计算、

4、增益计算的基础。MATLAB是一种现在被广泛使用的软件,具有强大的计算和仿真功能,如果能够把它很好的应用到RF电路工程中去,就能有效的减轻工程设计的工作量和提高设计精度。所以,通过MATLAB的仿真来掌握史密斯圆图的应用是一项很有意义的工作[16、17]。而电路中的一些基本模块，也可通过建模来实现，这里就不再赘述了。1.2课题的发展现状及趋势9近五十年来射频器件和射频技术的不断发展是推动射频电路发展的两大因素。射频器件的发展使射频电路的发展成为可能，射频技术的发展使射频电路的性能不断得到提高。在电路设计方面，随着射频电路计算机辅助技术的迅速发展，由于射频电路较难进

5、行微调，借助计算机模拟仿真是最好的解决方法。1895年~20世纪20年代中期（早期的无线通讯系统），由电火花等产生射频信号。1907年，科学家们研究出了第一个可用于放大射频信号的电子器件—三极真空管。MATLAB语言的产生是与数学计算紧密联系在一起的。1980年，美国新墨西哥州大学计算机系主任CleveMoler在给学生讲授线性代数课程时，发现学生在高级语言编程上花费很多时间，于是着手编写供学生使用的Fortran子程序库接口程序，他将这个接口程序取名为MATLAB（即MatrixLaboratory）的前三个字母的组合，意为“矩阵实验室’，这个程序获得了很大的成

6、功。20世纪80年代初期，Moler等一批数学家与软件专家组建了MathWorks软件开发公司，继续从事MATLAB的研究和开发，1984年推出了第一个MATLAB商业版本,其核心是用C语言编写的。而后，它又添加了丰富多彩的图形图像处理、多媒体、符号运算，以及与其他流行软件的接口功能，使得MTLAB的功能越来越强大。MathWorks公司正式推出MATLAB后于1992年推出了具有划时代意义的MATLAB4.0版本，之后陆续推出了几个改进和提高的版本,2004年9月正式推出MATLABRelease14，即MATLAB7.0，其功能在原有的基础上又有了进一步的改进

7、,2009年9月推出了R2009b。2010年，樊锦涵，李巍等，通过研究运用于宽带系统中的可重构模拟基带电路，针对连续可变增益放大器，通过参数提取的仿真验证,提出了一个线性度优化的设计方案[18]。在RF电路方面，2012版的软件中，RF工具箱增加了新的RF对象和对象操作方法，诸如，circle可在Smith圆图中画各类的圆，RF分析对象OpenIF可计算多带发射机和接收机的中频（IFs）；此外，最优化函数fminsearch可优化电路参数，寻求指标折中；对象方法writeva写电路对象数据的Verilog_A描述，等等。它们在学习和仿真RF电路的设计，以及第三方

8、软件的仿真