RF模块中微带线的设计及实现

摘要：在RF模块的设计中，微带线的设计必不可少，它在模块中起着很重要的作用。本文介绍了2．5G RF LNA模块中微带线的设计过程及实现，并用测量数据证明了微带线设计的正确性及其在模块中发挥的作用。

关键词：射频；微带线；PCB板

中图分类号：TN402；TN405．97 文献标识码：A 文章编号：1003-353X(2005)02-0051-03

1 前言

随着当今集成电路(IC)的迅速发展，IC的频率越来越高，已经步入射频甚至微波波段。但射频电路设计和生产中存在很多困难，例如，含有大功率器件芯片的散热问题等，因此，一时间还很难把射频电路的规模做得很大。正是由于存在着这些问题，射频模块在大规模射频IC出现之前，可以很好地替代大规模IC及应用射频电路。

在射频模块的PCB版设计过程中，不仅要遵守PCB版设计和布线的一些规则，还必须考虑射频电路的一些特征，合理布局，避免干扰，特别是含有大功率器件的模块。此外，微带线的设计也是射频PCB版的一个重点。

当电路的频率达到射频甚至微波的时候，电路之间的连线就要用微带线，微带线在电路中的主要作用有两个：一是根据要求，设计具有一定特性阻抗Z。的微带线，用以输入输出信号或者连接电路，如果它与前端电路的输出阻抗和后端电路的输入阻抗匹配，就可以使信号传输过程中的功率损耗减到；二是用微带线的阻抗特性，应用到电路的输入、输出或级间匹配中。本文从微带线这两方面的作用出发，介绍微带线的设计和实现。

2 微带线设计及实现

本项目设计的是一个2．5G功放(PA)模块和低噪放(LNA)模块，其输入输出都要用到特征阻抗Z0为50Φ的微带线来和前级和后级电路匹配，而且在电路的输出匹配电路中也用到了微带线。要设计特征阻抗为50Φ的微带线，微带线的特征阻抗的值由微带线的宽度W、PCB板的介电常数εr、PCB板子厚度H、铜箔厚度T等参数决定，在材料一定的情况下，特征阻抗只取决于微带线的宽度W。根据RF4板材和设计要求，按照公式

出来的微带线的宽度W为0．587mm，用微波office模拟来验证这个数值，模拟过程中，用参数扫描来验证计算的结果，扫描结果如。从可以看出，在对微带线宽度FP扫描的过程中，当W=L=0．586mm的时候，微带线与50Φ的Term匹配，这一点证实了前面计算的结果。

在该模块的设计中，用到了传输用和匹配用的两种微带线。在该射频模块当中，LNA模块的输入端采用了一个LC网络作为输入匹配电路，可以用微带线来代替这个LC网络。代替的方法有两种：一种是用短路微带线代替电感；另一种是用微带线网络完全代替该LC网络。具体的电路()就是两种用微带线作为匹配电路的两种形式：一种是用长度为λ0/8短路微带线代替电感；另一种是用

根据公式，就可以设计上面提到的种微带匹配电路。用一条短路微带线来代替电感，确定短路微带线的长度，也就是确定且。的大小，其中，

根据采用的PCB板材特性，计算出让λ0=78．8mm，用微波office模拟短路微带线，其S11参数如所示。

由可见，M1所指的地方是短路微带线的感性和容性的分界点，也就是λ0/4的长度，即20．1mm，所以且。的长度为80．4mm，这和前面计算的结果基本一致。

确定了短路微带线的长度以后，就要确定微带线的宽度W，因为W决定微带线的特征阻抗Z0，从而决定短路微带线所具有的电感特性。根据已经知道LC网络中上的电感值，就可以按照公式

得出微带线的特征阻抗Z0，从而进一步得出微带线的宽度W。为根据上面计算的结果模拟的微带线网络的S参数。由图可见，在2．5G的时候，该网络与LC网络所起的作用基本是相同的。在模拟结果中，含有短路微带线的网络的S11在5G左右的地方有一个低谷，与LC网络所模拟出来的数值相差很远，这是因为短路微带线的电感特性是随着频率变化的，而且在让λ0/4的时候，是感性和容性的交界点。S11在5G的时候出现谷，说明5G的时候该微带线的长度是波长λ0的1／4，也就是说该微带线的长度是2．5G下波长λ0的1／8，这一点也验证了λ0/8微带线设计的正确性。

3 测试结果及分析

是LNA模块的实物照片，尺寸为21mm×14mm，上面清晰可见几条微带线。两个SMA接头的射频信号端都是通过传输微带线连接的，PCB板下方的两条较长的微带线是用作电路匹配的感性微带线。是测量该LNA模块的输入和输出功率对应曲线和单频率响应频谱，从（a)可以清楚地看到输入功率（Pin)和输出功率(Pout)的对应关系，可以很容易地算出该LNA模块的功率增益，即（Pout-Pin）。从(a)还可以看到-30dBm-0dBm，曲线基本上是直线，这说明该模块具有很好的线性度和增益平坦度。在线性范围内，模块的功率增益大体保持不变(约等于10dB)，也就是说在这么宽的功率输入范围内，该模块都能很好地起到线性放大的作用。从单频相应频谱曲线中可以看出，该模块的输出功率频带很窄，功率完全集中到输入功率的频率上，基本上没有谐波，这说明该模块真正起到了放大功率且抑止噪声的作用，而这正是对LNA模块的要求。

4 结论

微带线在射频模块中起着很大的作用，根据上面提到的方法就可以设计传输和匹配微带线，它可以用来简化电路，替代集总元件，这样就减少了焊接给射频模块带来的不良影响，例如焊点对射频电路可以产生的不良影响。

LNA模块的测试结果表明，该模块中的微带线实际是成功的，不论是传输信号还是作为匹配电路的微带线都起到了应有的作用，该模块是个功能齐全且性能优良的LNA模块。