本书主要介绍了射频可调器件、射频可调电路和射频可调子系统的建模方法、分析和应用。书中系统论述了射频可调谐器件和网络的建模方法，并提出了新可调谐算法、自适应匹配控制方法、新颖的滤波器频率自动控制环路。同时，本书还根据无线通信实际应用的环境，提供了设计和开发可调谐射频电路、射频网络和射频前端一些必要的基础知识。本书适合电子工程、通信工程和微电子学等方向涉及射频电路与系统和无线通信系统设计的学生和工程技术人员阅读。

第3章

射频可调器件与网络的电路建模



第3章射频可调器件与网络的电路建模
建立一个**的射频可调器件模型对于在电路或网络设计中恰当使用该器件是必不可少的。器件建模有许多种方法，使用FDTD、MRTD、FEM等EM建模法； 基于全波技术求解麦克斯韦方程组的数值建模方法； 建立在不同数学和不同处理方法模型参数的紧凑建模方法［115］； 拟合测量数据电路建模方法［16,17］。在这些建模方法中，对于大部分建模任务而言，***的建模方法是拟合测量数据电路建模方法。这种方法不仅仅能建立射频可调器件的模型，也能**地建立由射频可调器件组成的复杂网络模型。
本章将讨论拟合测量数据电路建模方法和串并联连接的单器件，以及射频可调网络的建模示例。实际上，拟合测量数据电路建模方法是另一个提取射频可调器件和网络特性的有效方法。
3.1电路建模的理论背景

为了简便，假设串联射频可调器件可以用图3.1中的集总参数等效电路来描述。其中Cse代


图3.1串联可调电容的等效电路模型


表该器件的可调电容，其余参数为寄生参数。在图3.1所示的等效电路中，主要有6个参数需要确定： Cse,min、Cse,max、Csh1、Csh2、Lse和QC（电容的品质因数）。为了确定这6个参数（或变量），需要6个等式。
图3.1所示是一个二端口网络，其特性为一系列在可调电容Cse处于不同状态［不导通（断开）状态Cmin，或导通（闭合）状态Cmax］时的S参数，S11、S12=S21和S22。在可调电容Cse给定某个状态时，三个S参数需要三个等式来描述该二端口网络的特性。这6个参数（或变量）可以用以下6个等式来表达：


S11,model（Cse_state，Csh1，Csh2，Lse，QC）=S11,test_state（3.1）

S21,model（Cse_state，Csh1，Csh2，Lse，QC）=S21,test_state（3.2）

S22,model（Cse_state，Csh1，Csh2，Lse，QC）=S22,test_state（3.3）


其中，指定的state是min（*小值）或max（*大值），Sij,model(i,j=1,2)是由电路模型产生的S参数，Sij,state_test(i,j=1,2)是串联可调电容测量所得的S参数。实际上，也可以从上述的测量值中得到S参数的6个相频响应等式。当决定的参数（或变量）数目比上述幅频响应等式的数量要多时，可以利用这些相频响应等式来决定这些参数。
建模过程中，需要手动调整图3.1中等效电路的寄生元件值，使可调电容在断开（min）和闭合（max）状态下的S参数幅频响应曲线和测量出的S参数幅频响应曲线尽可能匹配。例如，将图3.1等效电路模型中的元件值调整至式（3.4）和式（3.5）中给出的值后，电路模型的S参数幅频响应能与图3.2（a）、（b）中测试所得的S参数结果几乎**匹配：


Cse_off=0.88pF，Cse_on=7.5pF，Csh1=1.05pF（3.4）

Csh2=2.12pF，Lse=0.46nH（3.5）


在含有射频可调电容的复杂网络中还有更多的寄生电感Li(i=1,2,3,4)以及寄生电感之间还存在互耦K12、K14和K24，如图3.3所示。含有更多变量模型的S参数表达式见式（3.6）~式（3.8）：


S11,model（Ci_state,Li,K12,K14,K24,QC）=S11,test_state（i=1,2,3,4）（3.6）

S21,model（Ci_state,Li,K12,K14,K24,QC）=S21,test_state（i=1,2,3,4）（3.7）

S22,model（Ci_state,Li,K12,K14,K24,QC）=S22,test_state（i=1,2,3,4）（3.8）

目录

第1章绪论

1.1BST变容二极管

1.2基于SOI/SOS开关的数字可调电容器

1.3MEMS可调电容器

1.4一些可调电容器指标的讨论

1.4.1线性度指标

1.4.2射频功率处理指标

参考文献

第2章射频可调器件特性

2.1串联的单器件

2.2并联的单器件

2.3射频可调电容组成的网络

2.3.1无集总电感的网络

2.3.2有集总电感的网络

附录CF,min和CF,max的推导

参考文献

第3章射频可调器件与网络的电路建模

3.1电路建模的理论背景

3.2建模方法

3.2.1所有可调电容在Cmin状态下拟合S参数的幅频响应

3.2.2在C1=C1,max或C2=C2,max其余Ci=Ci,min状态下拟合S参数
幅频响应

3.2.3在C3=C3,max或C4=C4,max其余Ci=Ci,min状态下拟合S参数
幅频响应

3.2.4所有可调电容在Cmax状态下拟合S参数的幅频响应

3.2.5更高频带建模概要

3.3模型准确率的验证

3.4串联和并联可调电容的建模

3.4.1可调串联电容的建模

3.4.2可调并联电容的建模

3.5MEMS调谐器在低频带的建模

3.6集成MEMS调谐器在宽频带的建模

参考文献

第4章非线性分析

4.1射频可调器件非线性的根源

4.2并联可调电容的S21

4.3IP2和IP3的定义及可调电容测试装置

4.4射频可调电容IP2和IP3的公式推导

4.5MEMS可调电容IIP2和IIP3的估算

4.6二阶和三阶谐波成分的估算

4.7多级射频可调器件的非线性

参考文献

第5章可调匹配网络

5.1阻抗匹配的基本知识

5.2指定可调匹配网络的方法

5.2.1指定阻抗匹配的性能

5.2.2指定射频功率处理能力

5.2.3指定线性度的要求

5.3可调匹配网络的设计

5.3.1设计考虑

5.3.2具有宽可调范围新可调匹配网络的设计

5.4可调匹配网络的一些分析

5.4.1数字化电容值对匹配性能影响的分析

5.4.2可调电容误差对匹配性能影响的分析

附录1相对转换增益ΔGT公式推导

附录2TMN中RTG计算的MATLAB代码

参考文献

第6章匹配网络可调与控制方法

6.1可调匹配网络的*优可调


6.1.1单频扫频的*优可调

6.1.2双工频率对可调

6.1.3频带可调

6.2可调π形网络分析调谐算法

6.2.1可调网络阻抗匹配的主要参数

6.2.2常用于算法的复合元件

6.2.3用于理想匹配的公式和主要的可调算法

6.2.4*佳匹配的公式和可调算法

6.2.5计算和仿真结果的比较

6.3可调电容桥接的双π形网络拓扑结构的可调算法

6.3.1转换成等效π形网络

6.3.2可调算法的讨论与改进

6.4可调匹配网络自适应控制的新方法

6.4.1基于自适应控制算法的系统描述

6.4.2自适应控制环的关键模块

6.4.3自适应控制环原型的实现

附录1单频可调算法的MWO代码

附录2双工频率对可调算法的代码

附录3频带可调算法的代码

附录46.2节中的公式推导

附录5可调算法的MATLAB代码

参考文献

第7章可调滤波器与滤波频率自动控制环

7.1可调SPSZ陷波滤波器

7.2简单的可调带通滤波器

7.3可调SVD滤波器

7.3.1MEMS可调SVD滤波器原型的电路拓扑结构和射频性能

7.3.2SVD滤波器线性度要求的分析

7.4可调滤波器频率自动控制环

7.4.1数学模型和公式

7.4.2仿真模型和闭式解的验证

7.4.3频率自动控制环的性能

7.4.4陷波滤波器控制环实现的实例

附录1陷波滤波器传递函数的推导

附录2频率控制环一阶差分方程的推导

附录3频率控制环二阶差分方程的推导

附录4频率控制环的MATLAB代码

参考文献


第8章可调天线

8.1可调小天线的基础知识

8.1.1描述天线的基本参数

8.1.2可调小天线的主要限制

8.2手机使用的可调天线

8.3可调双工天线

参考文献

第9章其他一些知识

9.1用于去嵌入测量数据的测试架构的S参数矩阵

9.1.1简介

9.1.2从测量中推导的S参数

9.1.3去嵌入网络矩阵

9.1.4去嵌入的数学描述

9.1.5一些探讨

9.2一些转换公式和网络元件或参数提取的计算

9.2.1一般CBDPN到π形网络转换公式

9.2.2由S参数测量值得到的T形网络元件的计算

9.2.3由S参数计算并联电容的公式及Q参数

9.2.4由S参数计算串联电感的公式及Q参数

9.3网络输出端口用于天线阻抗匹配的莫里调谐器的阻抗转换公式

9.3.1简介

9.3.2转换部分的S参数

9.3.3对给定天线阻抗所定义莫里调谐器的阻抗转换公式

9.3.4一些讨论

9.3.5在TMN输出端口参考平面设定所定义负载反射系数的验证

9.4LTE/LTEA频带规划

9.4.1FDD LTE/LTEA频带规划

9.4.2TDD LTE/LTEA频带规划

附录1一般CBDPN到π形网络转换

附录2由S参数测量值计算T形网络的元件

附录3由S参数测量值计算并联电容和Q值

附录4由S参数测量值计算串联电