当前, 无线通信已经融入到人类社会的方方面面, 在智能手机、无线电话、无线局域网、蓝牙技术中都能找到它的影子。在无线通讯之中, 射频电路和微波电路是最为基础的电子元件, 对于信号接收与发送、数字信号分析等技艺重要性十分显著。为了促进无线通信发展, 有必要对射频电路以及微波电路设计中重点问题展开探讨, 这正是本研究的目的所在。
一、射频电路和微波电路简介
(一) 射频电路
众所周知, 电流在流经导体之后将会产生磁场, 交变电流流经之后, 由于电场和磁场不断变化而产生电磁波。其中, 频率高于100kHz的电磁波具备较强的远距离传输能力, 又被称为射频。射频电路就是建立在交变电流、电磁波传输之上的电路, 由信号接发器、有源和无源电路、调制装置等元件组成。在天线接收外部信号之后, 经过变频、调制、编码等处理, 能够显示信号内容, 并通过反向处理将信息转变为信号, 由天线输出。因此, 射频电路广泛运用于通信系统之中, 如有线电视等有限射频通信, 无线广播、WiFi等无线射频通讯。
(二) 微波电路
在众多电磁波中, 波长在0.1mm至1m之间的微波以高频率著称, 由于穿透性强、频带宽, 使得微波在无线通信中能够承载更多信息, 在卫星通讯、多路通信等现代通讯中运用十分普遍。微波电路, 是建立在微波传输之上的电路系统, 可以分为混合型和单片型, 主要有变频器、放大器、电器空间等电子单元构成。其中, 单片微波电路频率更高, 带宽更宽, 性能更具一致性, 体积更小;混合微波电路可以置入调节元件, 适用于小批量无线通信传输。
二、射频电路设计重点问题探讨
(一) 射频电路设计常见问题
(1) 数字电路与模拟电路之间不能保持一致性。在射频电路中, 数字电路与模拟电路被置于一块电路板上, 电流I与电压U在模拟电路中保持不变, 而在数字电路中脉动变化, 致使二者频率出现较大差距, 因而容易产生相互干扰。因而, 数字信号与射频信号之间相互耦合, 影响无线信号处理质量。
(2) 电源设备产生噪声干扰。在射频电路中, 电源噪声难以避免, 并且对高频谐波等干扰非常敏感。一旦产生过多噪声, CMOS控制器将会吸入大部分电流, 倘若处理不当, 极易造成电压毛刺, 超过阈值之后将会影响射频电路系统稳定。
(3) 地线布局不科学。在射频电路中, 电线处理对于降噪、滤波等工艺非常重要。一般情况下, 数字电路对于地线布局依赖性并不高。然而, 在射频电路中, 一旦地线布局存在纰漏, 将会提高电感, 影响射频RF的感抗, 影响整个电路系统的功能[1]。
(4) 天线对模拟电路的辐射干扰。射频电路多半采用了其他模拟电路, 比如说数模转换器DAC等。在实际运作中, 射频接发器将会产生高频信号, 必然对ADC转换器等模拟电路产生负面影响。一旦ADC电路处理不恰当, 高频信号将会影响ESD二极管运作, 产生信号偏差。
(二) 射频电路设计注意事项
(1) 妥善处理电源和地线。在射频电路中, 不恰当的电源和地线布局产生额外干扰, 降低射频信号处理性能。因而, 为确保电源和地线产生较少噪声干扰, 需要添加去耦电容, 并且加宽电源和地线宽度。另外, 地线应采用大面积铜层布局, 尽可能与更多电路底板连接。
(2) 数字电路和模拟电路共地。为减少相互干扰, 降低地线噪声, 因此需要对射频电路这两部分进行共地处理, 高频信号线置于模拟电路远处, 并且在PCB内进行数模电路共地问题。
三、微波电路设计重点问题探讨
(一) 微波电路设计核心问题
(1) 把握阻抗、频率与功率的关系。为了实现强而有效的微波通讯, 微波电路设计需要围绕着三个要素, 实现微波的传输和变换。因此, 在微波电路设计之初, 设计者需要掌握如MaxWell方程等基本理论, 在实验中反复调整电源器件、元件材料以及电路结构等。
(2) 新型微波材料引入。当前半导体技术发展十分迅速, 使得MMIC引入微波电路成为可能。因此, 在确保电路性能的条件之下, 设计者可以采用新型微波材料, 应用低频电路设计理念, 但需要注意引线匹配问题。在引入微波电路之前, 需要筛选线路适应性强、介电常数高, 损耗较低的微波材料。
(3) 合理选择频谱范围。由于微波电路运行频谱环境复杂, 设计者需要合理选择频谱。可以通过滤波器选择, 比如说低通滤波器、带阻滤波器等。近几年, 微电子技术发展较快, 高速电子开关相比于滤波器而言占位少, 可以独立工作, 也可以相互组合, 值得使用。
(二) 微波电路设计注意事项
(1) 确保接地。微波电路电场以地面为参考面, 并且集中在微带线和地面之间。为减少电场畸变, 保证Gp范围, 因此需要保证接地稳定, 可用螺钉加以固定。另外, 不要使用正面的接地图形, 减少去耦残存射频信号干扰。
(2) 注重辅助电路。为减少残存余波, 可以采用正变负电路, 确保整个微波电路杂波分量达到80dB, 提高电路整体性能[2]。另外, 需要保证辅助电路在最佳温度环境之下运行, 提高使用寿命。
四、小结
无线通讯日益成为生产生活重要组成部分, 为确保无线通讯发展, 相关从业人员一定要把握射频电路以及微波电路设计重点, 并且着眼于技术关键点。
摘要：本研究从界定射频电路和微波电路概念出发, 分别对射频电路设计、微波电路设计常见问题以及解决措施进行分析, 旨在为提高射频电路和微波电路设计质量提供贡献。
关键词：射频电路,微波电路,电路设计,电路优化
参考文献
[1] 周鹏.射频和微波电路设计中值得重视的几个问题[J].山东工业技术.2017 (24) :125.
[2] 沈同军, 章征.射频和微波电路设计中值得重视的几个问题[J].集成电路应用.2017, 34 (9) :40-42.