在設(shè)計(jì)手機(jī)的射頻電路時(shí)，常會(huì)遇到帶有差分端口的低噪聲放大器,、混頻器,、聲表濾波器等。圖1是TD-SCDMA手機(jī)射頻接收 電路,，其中MAX2392的低噪聲放大器輸出是單端的,，而MAX2392的混頻器輸入是差分形式的，低噪聲放大器與混頻器之間是一個(gè)單端到差分形式的聲表 濾波器和必要的匹配網(wǎng)絡(luò),，在設(shè)計(jì)該匹配網(wǎng)絡(luò)時(shí),，需要知道混頻器輸入端差分散射參數(shù)和聲表的散射參數(shù)，通常網(wǎng)絡(luò)分析儀都不是差分型的,。下面以對(duì)聲表的測(cè)試為 例來(lái)說(shuō)明如何測(cè)試差分散射參數(shù),。
物理三端口散射參數(shù)
在設(shè)計(jì)該手機(jī)的射頻電路時(shí)，我們選用的是Epcos公司的LH46B聲表面波濾波器,，Epcos公司提供了一塊評(píng)估板,，如圖 2所示，端口1為單端型輸入端口,，端口2,、3組成差分型輸出端口。在評(píng)估該器件時(shí),，先將其視為一般的三端口網(wǎng)絡(luò),，用一般的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀很容易測(cè)得其三端 口散射參數(shù)，具體過(guò)程如下：
1. 端口3接匹配負(fù)載,，用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)端口1,、2的雙端散射參數(shù),，記為SA,；
2. 端口2接匹配負(fù)載，用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)端口1,、3的雙端散射參數(shù),，記為SB；
3. 端口1接匹配負(fù)載,，用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)端口2,、3的雙端散射參數(shù)，記為SC,；
4. 物理三端口網(wǎng)絡(luò)散射參數(shù)ST為等式(1)所示：
一般來(lái)說(shuō),，差分端口并不是理想的，通過(guò)研究上面得到的物理三端口網(wǎng)絡(luò)散射參數(shù)ST會(huì)發(fā)現(xiàn)：
理想情況下,，端口1加一點(diǎn)頻激勵(lì)信號(hào),，在端口2與端口3應(yīng)得到大小相等，相位差180度的信號(hào),，也就是說(shuō)在端口2與端口3上 得到一個(gè)差分信號(hào),，實(shí)際上在端口2與端口3上還存在著大小與相位都相等的信號(hào),，即共模信號(hào)。若將差模信號(hào)看作一個(gè)端口,，共模信號(hào)看作一個(gè)端口,，再加上原來(lái) 的端口1，這樣就組成了一個(gè)新的三端口網(wǎng)絡(luò),，稱為模式三端口網(wǎng)絡(luò),。
模式三端口網(wǎng)絡(luò)散射參數(shù)
現(xiàn)在的問(wèn)題是該如何由物理三端口網(wǎng)絡(luò)的散射參數(shù)導(dǎo)出模式三端口網(wǎng)絡(luò)的散射參數(shù),。聲表器件屬于無(wú)源網(wǎng)絡(luò),，且不含有各向異性介質(zhì) 材料，其散射參數(shù)必然是互易的,，就是說(shuō)物理三端口網(wǎng)絡(luò)僅有6個(gè)獨(dú)立參數(shù),。差模與共模信號(hào)只是端口2與端口3信號(hào)的線性組合，所以模式3端口網(wǎng)絡(luò)的散射參數(shù) 也必然是互易的,，即只有6個(gè)獨(dú)立參數(shù)(E3),。觀察圖3可以看到端口1在兩種散射參數(shù)信號(hào)流圖中未變，故：
SM22是反映有端口1來(lái)激發(fā)出差模信號(hào)能力的參數(shù),，根據(jù)差模信號(hào)的定義,，它應(yīng)是ST12與ST13的差，考慮到差模端口等效為將端口2與端口3串接起來(lái),，故其此時(shí)特征阻抗已是原來(lái)兩倍,。假定端口2信號(hào)的相位為差模信號(hào)相位，這樣可以得到：
SM33是反映有端口1來(lái)激發(fā)出共模信號(hào)能力的參數(shù),，根據(jù)共模信號(hào)的定義,，它應(yīng)是ST12與ST13和的一半，考慮到共模端口等效為將端口2與端口3并接起來(lái),，故其此時(shí)特征阻抗已是原來(lái)一半,，這樣可以得到：
SM22，SM32分別是反映端口2與端口3在等幅反相信號(hào)激勵(lì)時(shí),，在反射波中產(chǎn)生差模分量與共模分量能力的一個(gè)量,，將物理三端口網(wǎng)絡(luò)的端口1接匹配負(fù)載，端口2加激勵(lì)信號(hào)：
端口3加激勵(lì)信號(hào)：
這兩個(gè)激勵(lì)信號(hào)合起來(lái)等效為在差模端口加激勵(lì)信號(hào)：
現(xiàn)在分別計(jì)算端口2與端口3反射波中差模與共模信號(hào)成分,，它們?cè)跀?shù)值上應(yīng)分別等于SM22，SM32,，值分別是等式(4),、(5)所示。
SM33是反映端口2與端口3在等幅同相信號(hào)激勵(lì)時(shí),，在反射波中產(chǎn)生共模分量能力的一個(gè)量,，將物理三端口網(wǎng)絡(luò)的端口1接匹配負(fù)載，端口2與端口3同時(shí)加激勵(lì)信號(hào)：
這兩個(gè)激勵(lì)信號(hào)合起來(lái)等效為在共模端口加激勵(lì)信號(hào)：
現(xiàn)在來(lái)計(jì)算端口2與端口3反射波中共模信號(hào)成分,，它在數(shù)值上應(yīng)等于SM33。
其值見(jiàn)等式(6)：
綜合等式(2)至等式(6),，可以得到完整的模式三端口網(wǎng)絡(luò)散射參數(shù),，整理后得到等式(7)：
需要特別注意的是此處得到的該散射參數(shù)各端口并不是利用統(tǒng)一的特征阻抗作歸一化，假定端口1的特征阻抗為Zo,，則端口2(差模信號(hào)端口)為2 Zo,，端口3(共模信號(hào)端口)為Zo/2。
共模抑制比
MAX2392是一個(gè)零中頻的射頻接收機(jī),，為解決本振信號(hào)的泄漏問(wèn)題,，MAXIM 公司采用了差分形式的混頻器，從圖1看到當(dāng)共模形式的本振信號(hào)有混頻器輸入端泄漏出來(lái)時(shí),，聲表會(huì)對(duì)此產(chǎn)生抑制(此處回避了匹配網(wǎng)絡(luò)的影響),，這兒可以定義共模抑制比如下：
該共模抑制比反映了泄漏到天線端口的本振信號(hào)大小，該共模抑制比越大越好,。
研究圖3所示的散射參數(shù)信號(hào)流圖,，我們發(fā)現(xiàn)還有另外一種共模到差模的轉(zhuǎn)換形式：
該共模抑制比優(yōu)劣與直流偏移量有關(guān)。本振信號(hào)通過(guò)空間輻射等途徑耦合到LH46B 差分端口應(yīng)是共模信號(hào),，該共模信號(hào)經(jīng)LH46B反射后產(chǎn)生的差模信號(hào)會(huì)直接加到混頻器輸入端,，從而與本振自混頻產(chǎn)生直流。該共模抑制比越大越好,。
差分端口匹配問(wèn)題
通過(guò)將物理三端口網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為模式三端口網(wǎng)絡(luò)，可以非常方便設(shè)計(jì)其輸入輸出匹配電路,。一般情況下,，共模端口影響較小，在設(shè)計(jì)匹 配電路時(shí)認(rèn)為它始終接匹配負(fù)載,，這樣原有的三端口網(wǎng)絡(luò)就變成了模式2端口網(wǎng)絡(luò)(端口1與差模端口),，利用簡(jiǎn)單的雙端口匹配理論即可解決該問(wèn)題。模式2端口 網(wǎng)絡(luò)的散射參數(shù)如下：
為方便敘述,，我們稱端口1為源端,，端口2為負(fù)載端。一般情況下中頻聲表的匹配電路設(shè)計(jì)都屬于窄帶匹配,，也就是說(shuō)只要考慮其中 心頻點(diǎn)處匹配就可以了,；射頻聲表往往要覆蓋較寬的頻帶，匹配電路相對(duì)復(fù)雜些,，所幸的是一般射頻聲表不需做什么匹配,。此處MAXIM的混頻器輸入阻抗為 200Ω，需要檢驗(yàn)一下EPCOS的聲表平衡端是否為200Ω,，等式(11)至(23)將給出最佳源端與負(fù)載端阻抗：
圖4,、5是根據(jù)LH46B測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算出的最佳源端與負(fù)載端阻抗曲線。
有圖4與圖5可以看到在TD-SCDMA頻段(2,010MHz~2,025MHz)內(nèi)，最佳源阻抗與負(fù)載阻抗變化較大，故 難以用簡(jiǎn)單電路實(shí)現(xiàn)雙端共軛匹配。觀察最佳負(fù)載端阻抗實(shí)部曲線,，發(fā)現(xiàn)其阻抗有頻段低端的220ohm一直變到頻段高端的40ohm，這里取其幾何平均值作 為最佳負(fù)載阻抗,，而對(duì)于源端不作匹配：
利用SMITH圓圖工具,，可得到圖6的匹配電路。
因?yàn)镸AX2392混頻器的輸入阻抗為200ohm,，所以此處負(fù)載端特性阻抗取為200ohm,。
圖7是作匹配前與匹配后傳輸特性的一個(gè)比較。
圖7中藍(lán)色的曲線是匹配后的仿真結(jié)果,，紅色的是未加匹配電路的仿真結(jié)果,。匹配改善了帶內(nèi)平坦度，但中心頻點(diǎn)處插損略有變差,。