摘要：在RF模塊的設(shè)計中，微帶線的設(shè)計必不可少，它在模塊中起著很重要的作用。本文介紹了2．5G RF LNA模塊中微帶線的設(shè)計過程及實現(xiàn)，并用測量數(shù)據(jù)證明了微帶線設(shè)計的正確性及其在模塊中發(fā)揮的作用。

關(guān)鍵詞：射頻；微帶線；PCB板

中圖分類號：TN402；TN405．97 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-353X(2005)02-0051-03

1 前言

隨著當(dāng)今集成電路(IC)的迅速發(fā)展，IC的頻率越來越高，已經(jīng)步入射頻甚至微波波段。但射頻電路設(shè)計和生產(chǎn)中存在很多困難，例如，含有大功率器件芯片的散熱問題等，因此，一時間還很難把射頻電路的規(guī)模做得很大。正是由于存在著這些問題，射頻模塊在大規(guī)模射頻IC出現(xiàn)之前，可以很好地替代大規(guī)模IC及應(yīng)用射頻電路。

在射頻模塊的PCB版設(shè)計過程中，不僅要遵守PCB版設(shè)計和布線的一些規(guī)則，還必須考慮射頻電路的一些特征，合理布局，避免干擾，特別是含有大功率器件的模塊。此外，微帶線的設(shè)計也是射頻PCB版的一個重點。

當(dāng)電路的頻率達到射頻甚至微波的時候，電路之間的連線就要用微帶線，微帶線在電路中的主要作用有兩個：一是根據(jù)要求，設(shè)計具有一定特性阻抗Z。的微帶線，用以輸入輸出信號或者連接電路，如果它與前端電路的輸出阻抗和后端電路的輸入阻抗匹配，就可以使信號傳輸過程中的功率損耗減到；二是用微帶線的阻抗特性，應(yīng)用到電路的輸入、輸出或級間匹配中。本文從微帶線這兩方面的作用出發(fā)，介紹微帶線的設(shè)計和實現(xiàn)。

2 微帶線設(shè)計及實現(xiàn)

本項目設(shè)計的是一個2．5G功放(PA)模塊和低噪放(LNA)模塊，其輸入輸出都要用到特征阻抗Z0為50Φ的微帶線來和前級和后級電路匹配，而且在電路的輸出匹配電路中也用到了微帶線。要設(shè)計特征阻抗為50Φ的微帶線，微帶線的特征阻抗的值由微帶線的寬度W、PCB板的介電常數(shù)εr、PCB板子厚度H、銅箔厚度T等參數(shù)決定，在材料一定的情況下，特征阻抗只取決于微帶線的寬度W。根據(jù)RF4板材和設(shè)計要求，按照公式

出來的微帶線的寬度W為0．587mm，用微波office模擬來驗證這個數(shù)值，模擬過程中，用參數(shù)掃描來驗證計算的結(jié)果，掃描結(jié)果如。從可以看出，在對微帶線寬度FP掃描的過程中，當(dāng)W=L=0．586mm的時候，微帶線與50Φ的Term匹配，這一點證實了前面計算的結(jié)果。

在該模塊的設(shè)計中，用到了傳輸用和匹配用的兩種微帶線。在該射頻模塊當(dāng)中，LNA模塊的輸入端采用了一個LC網(wǎng)絡(luò)作為輸入匹配電路，可以用微帶線來代替這個LC網(wǎng)絡(luò)。代替的方法有兩種：一種是用短路微帶線代替電感；另一種是用微帶線網(wǎng)絡(luò)完全代替該LC網(wǎng)絡(luò)。具體的電路()就是兩種用微帶線作為匹配電路的兩種形式：一種是用長度為λ0/8短路微帶線代替電感；另一種是用

根據(jù)公式，就可以設(shè)計上面提到的種微帶匹配電路。用一條短路微帶線來代替電感，確定短路微帶線的長度，也就是確定且。的大小，其中，

根據(jù)采用的PCB板材特性，計算出讓λ0=78．8mm，用微波office模擬短路微帶線，其S11參數(shù)如所示。

由可見，M1所指的地方是短路微帶線的感性和容性的分界點，也就是λ0/4的長度，即20．1mm，所以且。的長度為80．4mm，這和前面計算的結(jié)果基本一致。

確定了短路微帶線的長度以后，就要確定微帶線的寬度W，因為W決定微帶線的特征阻抗Z0，從而決定短路微帶線所具有的電感特性。根據(jù)已經(jīng)知道LC網(wǎng)絡(luò)中上的電感值，就可以按照公式

得出微帶線的特征阻抗Z0，從而進一步得出微帶線的寬度W。為根據(jù)上面計算的結(jié)果模擬的微帶線網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù)。由圖可見，在2．5G的時候，該網(wǎng)絡(luò)與LC網(wǎng)絡(luò)所起的作用基本是相同的。在模擬結(jié)果中，含有短路微帶線的網(wǎng)絡(luò)的S11在5G左右的地方有一個低谷，與LC網(wǎng)絡(luò)所模擬出來的數(shù)值相差很遠，這是因為短路微帶線的電感特性是隨著頻率變化的，而且在讓λ0/4的時候，是感性和容性的交界點。S11在5G的時候出現(xiàn)谷，說明5G的時候該微帶線的長度是波長λ0的1／4，也就是說該微帶線的長度是2．5G下波長λ0的1／8，這一點也驗證了λ0/8微帶線設(shè)計的正確性。

3 測試結(jié)果及分析

是LNA模塊的實物照片，尺寸為21mm×14mm，上面清晰可見幾條微帶線。兩個SMA接頭的射頻信號端都是通過傳輸微帶線連接的，PCB板下方的兩條較長的微帶線是用作電路匹配的感性微帶線。是測量該LNA模塊的輸入和輸出功率對應(yīng)曲線和單頻率響應(yīng)頻譜，從（a)可以清楚地看到輸入功率（Pin)和輸出功率(Pout)的對應(yīng)關(guān)系，可以很容易地算出該LNA模塊的功率增益，即（Pout-Pin）。從(a)還可以看到-30dBm-0dBm，曲線基本上是直線，這說明該模塊具有很好的線性度和增益平坦度。在線性范圍內(nèi)，模塊的功率增益大體保持不變(約等于10dB)，也就是說在這么寬的功率輸入范圍內(nèi)，該模塊都能很好地起到線性放大的作用。從單頻相應(yīng)頻譜曲線中可以看出，該模塊的輸出功率頻帶很窄，功率完全集中到輸入功率的頻率上，基本上沒有諧波，這說明該模塊真正起到了放大功率且抑止噪聲的作用，而這正是對LNA模塊的要求。

4 結(jié)論

微帶線在射頻模塊中起著很大的作用，根據(jù)上面提到的方法就可以設(shè)計傳輸和匹配微帶線，它可以用來簡化電路，替代集總元件，這樣就減少了焊接給射頻模塊帶來的不良影響，例如焊點對射頻電路可以產(chǎn)生的不良影響。

LNA模塊的測試結(jié)果表明，該模塊中的微帶線實際是成功的，不論是傳輸信號還是作為匹配電路的微帶線都起到了應(yīng)有的作用，該模塊是個功能齊全且性能優(yōu)良的LNA模塊。