臺灣博碩士論文加值系統

本論文以混成微波微電路方式，實現頻譜分析儀之頻模組，本論文就頻率範圍（0 GHz~3 GHz）做討論，模組中的電路須以射頻技術來設計。
本文主要目的是在設計和製作一個應用在電腦化的頻譜分析儀之射頻模組，本電路適用於 (0 GHz ~ 3 GHz) 之射頻訊號量測。
射頻的前端模組包含有衰減器 (Variable attenuator)、寬頻低通濾波器 (Broadband lowpass filter)、寬頻混頻器 (Broadband mixer)、壓控震盪器(Voltage control oscillator VCO)鎖相迴路(Phase-Locked LoopPLL)、寬頻帶通濾波器 (Broadband bandpass filter)。在設計混頻器(mixer) 時，是以使用七級威爾金森功率結合器加上電晶體元件來結合本地訊號與射頻訊號，在設計本地訊號時，是利用超寬頻壓控振盪器 (0.75 GHz ~ 1.5 GHz) 結合鎖相迴路 (PLL)，經由4 倍頻的倍頻器達到 (3 GHz ~ 6 GHz) 的訊號要求，在經由寬頻帶通濾波器(Broadband bandpass filter) 濾波後作為輸出，最後經由量測與驗證，完成了頻譜分析儀之射頻前端模組的設計。

This thesis demonstrates a computerized hybrid structure of the circuit to implement a RF module in spectrum analyzers at the range of DC to 3 GHz. The module that we proposed here involves a variable attenuator, a broadband lowpass filter, a broadband mixer, a voltage controlled oscillator (VCO), a phase-locked loop (PLL) and a broadband
bandpass filter. First, we design a Seven-grade Wellkingson mixer to combine local oscillator and RF. Then we integrate them with broadband VCO (0.75 GHz ~ 1.5 GHz) and phase locked loop (PLL) to get Local Oscillator signal. By the simulated results, it shows that the architecture we proposed in this thesis is a reliable solution for improving the system behavior and the system stability.

致謝 I
摘要 II
Abstract III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 XI
第一章 緒論 1
1.1 簡介 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 研究方法與製作 3
第二章 電腦化頻譜分析儀之射頻模組架構 4
2-1 電腦化頻譜分析儀之架構 4
2-2 電腦化頻譜分析儀之射頻模組之規劃 6
第三章 電路理論與原理 8
3-1 衰減器 8
3-1.1 π型衰減器 8
3-1.2 T 型衰減器 10
3-2 低通濾波器 11
3-3 步階式低通濾波器 13
3-4 壓控振盪器 18
3-4.1 基本的振盪器模型 19
3-4.2 雙埠增益回授網路的觀點 20
3-4.3 負阻抗的觀點 20
3-4.4 微波壓控振盪器之設計方法 22
3-4.5 微波壓控振盪器之重要規格 23
3-5 鎖相迴路基本原理 27
3-5.1 鎖相迴路之設計 27
3-5.2a 鎖相迴路架構 27
3-5.2b 鎖相迴路之設計考量 27
3-5.3c 迴路濾波器之設計 29
3-6 倍頻器基本原理 31
3-7 混頻器 32
3-7.1 混頻器的重要規格 32
3-7.2a 轉換損耗或轉換增益 32
3-8 低雜訊放大器 34
3-8.1 低雜訊放大器之工作原理 34
3-8.2 1 dB增益壓縮點 35
3-8.3 實際電路設計考量與規格訂定 36
3-8.4 功率放大器規格之定義 37
3-9 交指式帶通濾波器 38
第四章 電路製作及量測結果 45
4-1 衰減器設計與製作 45
4-1.1 衰減器線路圖及實際電路圖 45
4-2 低通濾波器設計與製作 48
4-2.1 低濾波器電路模擬與量測 48
4-3 低雜訊功率放大器設計與製作 51
4-3.1 低雜訊功率放大器設計與製作 51
4-3.2 低雜訊功率放大器P1 dB 量測 53
4-3.3 低雜訊功率放大器OIP3 量測 54
4-4 VCO 設計與製作及量測結果 57
4-4.1 VCO 電路圖 57
4-4.2 VCO子電路設計 60
4-5 鎖相迴路電路之製作與量測 60
4-6 倍頻器設計與製作 65
4-6.1 倍頻器電路製作與量測 65
4-7 高通濾波器設計與製作 67
4-8 混頻器設計與製作 69
4-8.1 功率結合器的製作 70
4-8.2 威爾金森功率結合器模擬製作 70
4-8.3 電晶體混頻器的製作與量測 74
4-9 帶通濾波器器設計與製作 77
4-9.1 帶通波器電路模擬與量測 77
第五章 電路整合測試 80
5-1 射頻接收模組整合測試 80
5-2 本地訊號模組整合測試 82
5-3 射頻模組整合測試 85
第六章 結論 88
參考文獻 90
附件A 電腦化頻譜分析儀與其他廠商規格綜合比較表 92

參考文獻
[1] 袁帝文，高頻通訊電路設計，高麗書局，民國90 年5 月。
[2] 何滿龍，射頻電路設計實習，滄海書局，民國90 年5 月。
[3] R. Ludwig and P. Bretchko, “RF Circuit Design Theory and
Applications”, Prentice-Hall, Inc., 2000.
[4] David M. Pozar, “Microwave Engineering, (2nd ed.), John Wiley &
Sons, U.S.A. 1998.
[5] 沈俊良，應用於數位無線公共廣播射頻模組之設計與製作，碩士論
文，逢甲大學電子所，台中、民國 92 年 6 月。
[6] Ulrich L. Rohde, “Microwave and Wireless Synthesizers Theory and
Design”, John Willy & Sons, Inc., 1997.
[7] Ulrich L. Rohde and David P. “Newkirk, RF Microwave Circuit
Design for Wireless Applications”, John Willy & Sons, Inc.,2000.
[8] S. A. Maas, “The RF Microwave Circuit Design Cookbook”, Artech
House, Inc., 1998.
[9] G. Gonzalez, “Microwave Transistor Amplifiers Analysis and
Design” , Prentice-Hall, Inc., 1997.
[10] R. Ludwig and P. Bretchko, “ RF Circuit Design Theory and ” ,
Prentice-Hall, Inc., 2000.
[11] “http://content.edu.tw/vocation/telecom/kl_ss/class/4-3.htm”.
[12] RQRE-750-1500 data sheet, Raltron, “ http://www.raltron.com/”.
[13] MB15E07SL data sheet, “ http://www.Fujitsu.com/”.
[14] RF2334 Datasheet , RF Micro Devices, Inc. 1997-2001.
[15] RF2334 Datasheet , RF Micro Devices, Inc. 1997-2001.
[16] Christoph Rauscher “ Fundamentals of Spectrum Analysis ”,
Rohde&Shwarz，民國90 年。
[17] T. Lopetegi, F.Falcone, B.Martinez, R.Gonzalo,and M.Sorolla“ Improved 2-D photonic bandgap structures in microstrip technology”,
Microwave. opt.Technol.Lett Vol.22,pp,207-211 ,Aug.1999.
[18] 袁杰，”高頻電路分析與設計(一、二)”，全威圖書有限公司，民
國90 年。
[19] 蘇暉晴，”利用被動元件模型設計及製作帶通濾波器＂，論文。
[20] 何滿龍，射頻電路設計實習，滄海書局，民國92 年11 月。
[21] 戴明鳳，無線通訊之射頻被動電路設計，全華書局，民國92 年3
月。
[22] 吳盈德，濾波器之設計與製作，專題報告，逢甲大學電子所，
台中、民國 91年10月。
[23] 陳南強，應用於數位無線廣播系統之發射機射頻模組之設計與製
作，碩士論文，逢甲大學電子所，民國94年1月。
[24] Sang-No Lee, Ok-Guen Lim; Jong-Gwan Yook, Yong-Jun Kim;
-loaded silicon.” Microwave Conference, 2003. 33rd European
Volume 2, 7-9 Oct. 2003 Page(s):659 - 662 vol.2.
[25] Guzinski M, “Signal flow graph structure of high-pass filter useful for
OTA-C.” Circuits and Systems, 1996., IEEE 39th Midwest symposium
on Volume 2, 18-21 Aug. 1996 Page(s):929 - 932 vol.2.
[26] Yi-Chyun Chiou, Jen-Tsai Kuo, Chen J, “Compact miniaturized
stepped-impedance low pass filters with a broad stopband.”
Microwave Conference Proceedings, 2005. APMC 2005. Asia-Pacific
Conference Proceedings Volume 3, 4-7 Dec. 2005 Page(s):4 pp.