射頻電路
關(guān)注創(chuàng)建者：唐偉華 創(chuàng)建時(shí)間：2015-07-24
射頻電路的視頻教程
HFSS技術(shù)突破與應(yīng)用場(chǎng)景更新——雷達(dá)天線與系統(tǒng)
講師簡(jiǎn)介： 羅輝，Ansys公司高頻應(yīng)用工程師，負(fù)責(zé)HFSS等高頻電磁仿真軟件的售前售后技術(shù)支持，在天線、微波器件、射頻電路和射頻系統(tǒng)干擾等應(yīng)用方向具有深厚的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累，為客戶提供量身定制的高頻電磁場(chǎng)仿真方案、軟件使用培訓(xùn)和設(shè)計(jì)咨詢等各方面服務(wù)。 更多視頻請(qǐng)關(guān)注Ansys數(shù)字資源中心：https://v.ansys.com.cn
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射頻電路的實(shí)例教程
微波射頻電路是雷達(dá)、通信、導(dǎo)航、測(cè)控、電子對(duì)抗及數(shù)據(jù)傳輸?shù)认到y(tǒng)中重要的組成部分。在科技以及5G技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，雷達(dá)和無(wú)線通信系統(tǒng)的指標(biāo)如發(fā)射功率、接收靈敏度、帶寬、通道一致性等不斷提高，不斷推動(dòng)射頻微波技術(shù)向毫米波和太赫茲，寬帶和超寬帶，高功率發(fā)射，高靈敏度等方向發(fā)展，此外新的器件和工藝如MMIC、LTCC、SiP、SoC等持續(xù)涌現(xiàn)，這些都為微波射頻電路設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。
另外，隨著系統(tǒng)小型化和高集成度的要求，射頻集成微系統(tǒng)已經(jīng)成為射頻電路發(fā)展的熱門方向。射頻微系統(tǒng)通過(guò)半導(dǎo)體和封裝工藝集成無(wú)源和有源器件，集成度高、設(shè)計(jì)難度大，一旦設(shè)計(jì)指標(biāo)未達(dá)到要求，重新設(shè)計(jì)成本非常高。
因此在需求推動(dòng)和新技術(shù)引領(lǐng)下，微波射頻電路設(shè)計(jì)必須充分挖掘射頻器件的性能潛力，充分考慮電路版圖中互連結(jié)構(gòu)的高頻耦合效應(yīng)和寄生效應(yīng)，充分考慮射頻電路與天線互相影響，才能降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，提高設(shè)計(jì)成功率，確保以較低的成本、較短的周期完成最終設(shè)計(jì)。
Ansys以電磁場(chǎng)仿真為基礎(chǔ)，結(jié)合電路與系統(tǒng)仿真和多物理場(chǎng)仿真，能夠?qū)ξ⒉?em>射頻電路與系統(tǒng)進(jìn)行全方位的虛擬仿真設(shè)計(jì)與優(yōu)化。基于Ansys工具，通過(guò)系統(tǒng)仿真，研究射頻電路與數(shù)字調(diào)制之間的指標(biāo)分配；通過(guò)電路和器件仿真，實(shí)現(xiàn)高性能的微波電路和器件設(shè)計(jì)；通過(guò)場(chǎng)路協(xié)同仿真，更準(zhǔn)確地評(píng)估射頻天線系統(tǒng)的整體性能；通過(guò)芯片-封裝-系統(tǒng)的微系統(tǒng)級(jí)仿真，評(píng)估復(fù)雜工況和極小尺寸下的產(chǎn)品性能。Ansys仿真技術(shù)最終實(shí)現(xiàn)微波射頻電路與系統(tǒng)的高效率、高質(zhì)量設(shè)計(jì)。
Ansys微波射頻電路、IC及微系統(tǒng)解決方案以三維全波電磁場(chǎng)仿真軟件HFSS為基礎(chǔ)，結(jié)合電路仿真及電-熱-結(jié)構(gòu)多物理場(chǎng)仿真技術(shù)，提供完整的仿真設(shè)計(jì)與優(yōu)化方案。
展開(kāi) 微波射頻電路是雷達(dá)、通信、導(dǎo)航、測(cè)控、電子對(duì)抗及數(shù)據(jù)傳輸?shù)认到y(tǒng)中重要的組成部分。
在國(guó)防科技以及5G技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，雷達(dá)和無(wú)線通信系統(tǒng)的指標(biāo)如發(fā)射功率、接收靈敏度、帶寬、通道一致性等不斷提高，不斷推動(dòng)射頻微波技術(shù)向毫米波和太赫茲，寬帶和超寬帶，高功率發(fā)射，高靈敏度等方向發(fā)展，此外新的器件和工藝如MMIC、LTCC、SiP、SoC等持續(xù)涌現(xiàn)，這些都為微波射頻電路設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。
另外，隨著系統(tǒng)小型化和高集成度的要求，射頻集成微系統(tǒng)已經(jīng)成為射頻電路發(fā)展的熱門方向。射頻微系統(tǒng)通過(guò)半導(dǎo)體和封裝工藝集成無(wú)源和有源器件，集成度高、設(shè)計(jì)難度大，一旦設(shè)計(jì)指標(biāo)未達(dá)到要求，重新設(shè)計(jì)成本非常高。
因此在需求推動(dòng)和新技術(shù)引領(lǐng)下，微波射頻電路設(shè)計(jì)必須充分挖掘射頻器件的性能潛力，充分考慮電路版圖中互連結(jié)構(gòu)的高頻耦合效應(yīng)和寄生效應(yīng)，充分考慮射頻電路與天線互相影響，才能降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，提高設(shè)計(jì)成功率，確保以較低的成本、較短的周期完成最終設(shè)計(jì)。
Ansys以電磁場(chǎng)仿真為基礎(chǔ)，結(jié)合電路與系統(tǒng)仿真和多物理場(chǎng)仿真，能夠?qū)ξ⒉?em>射頻電路與系統(tǒng)進(jìn)行全方位的虛擬仿真設(shè)計(jì)與優(yōu)化。基于Ansys工具，通過(guò)系統(tǒng)仿真，研究射頻電路與數(shù)字調(diào)制之間的指標(biāo)分配；通過(guò)電路和器件仿真，實(shí)現(xiàn)高性能的微波電路和器件設(shè)計(jì)；通過(guò)場(chǎng)路協(xié)同仿真，更準(zhǔn)確地評(píng)估射頻天線系統(tǒng)的整體性能；通過(guò)芯片-封裝-系統(tǒng)的微系統(tǒng)級(jí)仿真，評(píng)估復(fù)雜工況和極小尺寸下的產(chǎn)品性能。
展開(kāi) Ansys 行業(yè)應(yīng)用方案連載（1）
微波射頻電路、IC及微系統(tǒng)
微波射頻電路是雷達(dá)、通信、導(dǎo)航、測(cè)控、電子對(duì)抗及數(shù)據(jù)傳輸?shù)认到y(tǒng)中重要的組成部分。
在國(guó)防科技以及5G技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，雷達(dá)和無(wú)線通信系統(tǒng)的指標(biāo)如發(fā)射功率、接收靈敏度、帶寬、通道一致性等不斷提高，不斷推動(dòng)射頻微波技術(shù)向毫米波和太赫茲，寬帶和超寬帶，高功率發(fā)射，高靈敏度等方向發(fā)展，此外新的器件和工藝如MMIC、LTCC、SiP、SoC等持續(xù)涌現(xiàn)，這些都為微波射頻電路設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。
另外，隨著系統(tǒng)小型化和高集成度的要求，射頻集成微系統(tǒng)已經(jīng)成為射頻電路發(fā)展的熱門方向。射頻微系統(tǒng)通過(guò)半導(dǎo)體和封裝工藝集成無(wú)源和有源器件，集成度高、設(shè)計(jì)難度大，一旦設(shè)計(jì)指標(biāo)未達(dá)到要求，重新設(shè)計(jì)成本非常高。
因此在需求推動(dòng)和新技術(shù)引領(lǐng)下，微波射頻電路設(shè)計(jì)必須充分挖掘射頻器件的性能潛力，充分考慮電路版圖中互連結(jié)構(gòu)的高頻耦合效應(yīng)和寄生效應(yīng)，充分考慮射頻電路與天線互相影響，才能降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，提高設(shè)計(jì)成功率，確保以較低的成本、較短的周期完成最終設(shè)計(jì)。
Ansys以電磁場(chǎng)仿真為基礎(chǔ)，結(jié)合電路與系統(tǒng)仿真和多物理場(chǎng)仿真，能夠?qū)ξ⒉?em>射頻電路與系統(tǒng)進(jìn)行全方位的虛擬仿真設(shè)計(jì)與優(yōu)化。基于Ansys工具，通過(guò)系統(tǒng)仿真，研究射頻電路與數(shù)字調(diào)制之間的指標(biāo)分配；通過(guò)電路和器件仿真，實(shí)現(xiàn)高性能的微波電路和器件設(shè)計(jì)；通過(guò)場(chǎng)路協(xié)同仿真，更準(zhǔn)確地評(píng)估射頻天線系統(tǒng)的整體性能；通過(guò)芯片-封裝-系統(tǒng)的微系統(tǒng)級(jí)仿真，評(píng)估復(fù)雜工況和極小尺寸下的產(chǎn)品性能。
展開(kāi) 射頻（RF）PCB 設(shè)計(jì)，在目前公開(kāi)出版的理論上具有很多不確定性，常被形容為一種“黑色藝術(shù)”。通常情況下，對(duì)于微波以下頻段的電路（ 包括低頻和低頻數(shù)字電路）， 在全面掌握各類設(shè)計(jì)原則前提下的仔細(xì)規(guī)劃是一次性成功設(shè)計(jì)的保證。對(duì)于微波以上頻段和高頻的PC 類數(shù)字電路，則需要2~3 個(gè)版本的 PCB 方能保證電路品質(zhì)。而對(duì)于微波以上頻段的RF 電路， 則往往需要更多版本的 PCB 設(shè)計(jì)并不斷完善， 而且是在具備相當(dāng)經(jīng)驗(yàn)的前提下。由此可知 RF 電設(shè)計(jì)上的困難。
典型的射頻板
無(wú)線上網(wǎng)模塊
布局前需要熟知產(chǎn)品架構(gòu)和信號(hào)流向
1 RF 電路設(shè)計(jì)的常見(jiàn)問(wèn)題
1.1 數(shù)字電路模塊和模擬電路模塊之間的干擾
如果模擬電路（射頻）和數(shù)字電路單獨(dú)工作，可能各自工作良好。但是，一旦將二者放在同一塊電路板上，使用同一個(gè)電源一起工作，整個(gè)系統(tǒng)很可能就不穩(wěn)定。這主要是因?yàn)閿?shù)字信號(hào)頻繁地在地和正電源（>3 V）之間擺動(dòng)，而且周期特別短，常常是納秒級(jí)的。由于較大的振幅和較短的切換時(shí)間， 使得這些數(shù)字信號(hào)包含大量且獨(dú)立于切換頻率的高頻成分。在模擬部分，從無(wú)線調(diào)諧回路傳到無(wú)線設(shè)備接收部分的信號(hào)一般小于1μV。因此數(shù)字信號(hào)與射頻信號(hào)之間的差別會(huì)達(dá)到 120 dB。顯然，如果不能使數(shù)字信號(hào)與射頻信號(hào)很好地分離， 微弱的射頻信號(hào)可能遭到破壞，這樣一來(lái)，無(wú)線設(shè)備工作性能就會(huì)惡化，甚至完全不能工作。
常見(jiàn)的干擾現(xiàn)象
數(shù)模射頻混合電路分區(qū)設(shè)計(jì)
1.2 供電電源的噪聲干擾
射頻電路對(duì)于電源噪聲相當(dāng)敏感， 尤其是對(duì)毛刺電壓和其他高頻諧波。微控制器會(huì)在每個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期內(nèi)短時(shí)間突然吸入大部分電流， 這是由于現(xiàn)代微控制器都采用CMOS 工藝制造。因此， 假設(shè)一個(gè)微控制器以 1 MHz 的內(nèi)部時(shí)鐘頻率運(yùn)行，它將以此頻率從電源提取電流。
展開(kāi) 3 屏蔽
3.1 射頻信號(hào)可以在空氣介質(zhì)中輻射。空間距離越大，工作頻率越低，輸入輸出端的寄 生耦合就越小，隔離度則越大。PCB 典型的空間隔離度約為 50dB。
3.2 敏感電路和強(qiáng)烈輻射源電路要加屏蔽，但如果設(shè)計(jì)加工有難度時(shí)（如空間或成本限 制等），可不加，但要做試驗(yàn)最終決定。這些電路有：
a) 接收電路前端是敏感電路，信號(hào)很小，要采用屏蔽。
b) 對(duì)射頻單元和中頻單元須加屏蔽。接收通道中頻信號(hào)會(huì)對(duì)射頻信號(hào)產(chǎn)生較大干擾， 反之，發(fā)射通道的射頻信號(hào)對(duì)中頻信號(hào)也會(huì)造成輻射干擾。
c) 振蕩電路：強(qiáng)烈輻射源，對(duì)本振源要單獨(dú)屏蔽，由于本振電平較高，對(duì)其他單元形 成較大的輻射干擾。
d) 功放及天饋電路：強(qiáng)烈輻射源，信號(hào)很強(qiáng)，要屏蔽。
e) 數(shù)字信號(hào)處理電路：強(qiáng)烈輻射源，高速數(shù)字信號(hào)的陡峭的上下沿會(huì)對(duì)模擬的射頻信 號(hào)產(chǎn)生干擾。
f) 級(jí)聯(lián)放大電路：總增益可能會(huì)超過(guò)輸出到輸入端的空間隔離度，這樣就滿足了振蕩 條件之一，電路可能自激。
展開(kāi) 
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射頻電路的最新內(nèi)容
通過(guò)理論與實(shí)操結(jié)合，幫助用戶快速掌握HFSS 3D仿真流程，提升電磁設(shè)計(jì)分析能力，為射頻、高速電路等領(lǐng)域工作奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
射頻放大芯片（如低噪聲放大器LNA、功率放大器PA）的核心功能是通過(guò)放大高頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信的穩(wěn)定傳輸，其工作原理分為發(fā)射鏈路和接收鏈路兩部分。
一、發(fā)射鏈路（數(shù)字信號(hào)→射頻信號(hào)）：
調(diào)制與放大?：基帶數(shù)字信號(hào)經(jīng)調(diào)制器加載到高頻載波（如5G的64QAM調(diào)制），再通過(guò)驅(qū)動(dòng)放大器初步放大。
波與功率放大?：信號(hào)經(jīng)帶通濾波器去除雜波后，進(jìn)入功率放大器（PA）提升至天線發(fā)射功率（手機(jī)通常為1~
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通過(guò)理論與實(shí)操結(jié)合，幫助用戶快速掌握HFSS3D仿真流程，提升電磁設(shè)計(jì)分析能力，為射頻、高速電路等領(lǐng)域工作奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
2013年加入Ansys后一直負(fù)責(zé)HFSS等高頻電磁仿真軟件的售前售后技術(shù)支持工作，在天線、微波器件、射頻電路和射頻系統(tǒng)干擾等應(yīng)用方向具有豐富的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累。
一、背景介紹
高頻電磁場(chǎng)仿真在電子工程領(lǐng)域有著至關(guān)重要的作用，廣泛應(yīng)用于無(wú)線和有線通信、計(jì)算機(jī)、衛(wèi)星、雷達(dá)、半導(dǎo)體和微波集成電路、航空航天等多個(gè)領(lǐng)域，從芯片封裝、毫米波電路、射頻電路設(shè)計(jì)驗(yàn)證，到混合集成電路、PCB板、無(wú)源板級(jí)器件、RFIC/MMIC設(shè)計(jì)，再到天線設(shè)計(jì)，以及微波腔體、衰減器、微波轉(zhuǎn)接頭、波導(dǎo)濾波器等各類微波元器件的設(shè)計(jì)，都離不開(kāi)高頻電磁場(chǎng)仿真工具。
Wi-Fi FEM指的是用于Wi-Fi 通信將一系列射頻前端電路例如功率放大器（PA）、射頻開(kāi)關(guān)（Switch）、低噪聲放大器（LNA）集成在一起的射頻模組。下游應(yīng)用場(chǎng)景廣泛，主要包括智能手機(jī)、路由器、平板電腦、游戲機(jī)等。
時(shí)代拋棄你的時(shí)候，連一句再見(jiàn)都不會(huì)說(shuō)。在科技和創(chuàng)新面前，所有的內(nèi)卷都顯得蒼白無(wú)力。科技博弈不相信眼淚，科技創(chuàng)新才是正確的出路。
我知道這一天會(huì)來(lái)，沒(méi)想到來(lái)得那么快。
它還為設(shè)計(jì)人員提供了業(yè)界領(lǐng)先的解決方案選擇，包括一系列驗(yàn)證的集成：Keysight的射頻集成電路（RFIC）設(shè)計(jì)和交互式電磁（EM）分析工具，以及Ansys簽核電源完整性和電磁建模。
新一代無(wú)線系統(tǒng)具有更高的帶寬、更多的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、更低的時(shí)延和更大的覆蓋范圍。用于無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)腞F集成電路（如收發(fā)器和RF前端組件）的設(shè)計(jì)復(fù)雜性將持續(xù)增加。
2) 微波和射頻電路設(shè)計(jì)：在射頻和微波電路中，仿真用于分析和優(yōu)化濾波器、放大器、天線等組件。
3) 電磁兼容性（EMC）：仿真可用于分析電子設(shè)備之間的電磁干擾，以確保設(shè)備之間的互操作性。
4) 電磁場(chǎng)輻射：研究電磁波的輻射和傳播，如雷電、電磁輻射等。
5) 電磁散射和反散射：分析物體對(duì)電磁波的散射特性，如雷達(dá)散射和探測(cè)。
AWR：由National Instruments（AWR現(xiàn)被Cadence從NI收購(gòu)）開(kāi)發(fā)，AWR設(shè)計(jì)工具專注于射頻和微波電路設(shè)計(jì)（無(wú)論是芯片、電路板還是系統(tǒng)級(jí)）。Cadence收購(gòu)AWR以后，首先將AWR的AXIEM緊密集成到Cadence Virtuoso平臺(tái)。
電磁仿真已廣泛應(yīng)用于有線與無(wú)線通信、衛(wèi)星、雷達(dá)、半導(dǎo)體與微波集成電路、計(jì)算機(jī)、汽車、航空航天等等領(lǐng)域，從毫米波電路，射頻電路封裝設(shè)計(jì)驗(yàn)證，到 PCB 板，天線設(shè)計(jì)等等。電磁仿真計(jì)算在民用與軍用領(lǐng)域的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真預(yù)測(cè)等方面都發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。
達(dá)索系統(tǒng)于 2016 年先后收購(gòu)德國(guó)電磁軟件 CST，及英國(guó)電磁及多物理場(chǎng)仿真軟件 Opera。
