射频电路设计(RF_Circuit_design)讲述.ppt

RF Circuit Design: Theory and Application 福州大学通信工程系 许志猛 TOPIC 4 主要内容 Smith圆图 阻抗圆图 导纳圆图 圆图的应用 射频微波网络参数 TOPIC 4-1 Smith圆图 阻抗与反射系数是传输线上两个重要的电特性参数。 数学公式上的联系可以简化为图解法。 史密斯圆图是将归一化阻抗（z=r+jx）的复数半平面（r0）变换到反射系数为1的单位圆（|Γ|=1）内。 已知一点的阻抗或反射系数,用史密斯圆图能方便地算出另一点的归一化阻抗值和对应的反射系数。 史密斯圆图概念清晰,使用方便,广泛用于阻抗匹配电路的设计中。随着近年来电子版圆图的普及,使得史密斯圆图得到了大量应用。 Smith Chart1 Smith Chart2 Smith Chart3 Smith Chart4 Smith Chart5 阻抗导纳圆图（ZY-圆图） 在许多实际设计和应用中，需要频繁地从阻抗表达式转换到导纳表达式，反之亦然。为了应用方便，常将阻抗（Z）圆图和导纳（Y）圆图叠加成一个组合圆图称其为阻抗导纳圆图或ZY-圆图。 阻抗圆图是大家所熟悉的（如图示），导纳原图是怎样呢？ Smith Chart5-1 Smith Chart5-2 因此求P点的导纳，只需将P点在阻抗圆图上沿等|Γ|圆转过180度到Q点，读出Q点的归一化阻抗即为P点的归一化导纳值。 根据上述特点，如果不转动P点，而是将阻抗圆图转180度，此时 P点的归一化阻抗读数即为P点的归一化导纳值。由此可见，将阻抗圆图转180度即得导纳圆图，如下图所示。 Smith Chart5-3 Smith Chart5-4 对导纳圆图而言，原先阻抗圆图的等电阻圆变成等电导圆，等电抗圆变成等电纳圆。原先阻抗圆图中的标称数字全部不变。 值得注意的是：阻抗圆图转过1800后，纵轴（jV轴）的正向变为向下。所以导纳圆图的下半圆电纳为正，上半圆的电纳为负。 将阻抗圆图和导纳圆图叠加，得到如下图所示的ZY-圆图。 Smith Chart6 Smith圆图应用举例 求反射系数 传输线Zo=50Ω，终端接不同负载阻抗 短路线 开路线 ZL=50Ω Smith圆图应用举例 求端接负载传输线的输入阻抗 ZL＝(30＋j60) Ω与长为2cm的50 Ω传输线相连，工作频率为2GHz，相速度是光速50％，求输入阻抗。 Smith Chart7 Smith Chart8 Smith Chart9射 频 操 设计工具 : winSMITH? 设计工具 :Smith V2.0 ? Smith圆图应用举例 求复杂网络的输入阻抗 应用ZY圆图 使用圆图软件 TOPIC 4-2 射频/微波网络参数 微波网络理论 在分析低频基本电路和射频/微波电路时，可以运用网络模型，将网络视为一个整体——“黑盒子” 低频电路端口以电压电流表示，对应网络参量： Z、Y、H和A参量 可以直接推广到高频电路领域，但测量不易 频率升高到射频界限，终端的寄生效应不能忽略 二端口网络网络参量 各网络参量的定义 散射参量 实际射频系统的特性不能再采用终端开路、短路的测量方法： 短路?电感 开路?电容 射频电路端口以反射波和入射波表示，对应网络参量： 散射参量(S参数) 链形散射矩阵(T参数) 散射参量（S参数）及其定义 S参数的意义 链形散射矩阵(T参数) 将S参量的概念推广到级联网络，即输入、输出端口写电压波的关系： 散射参量的测量 各网络参量的应用 射频/微波工程中，散射参数[S]使用最多，因为端口反射系数概念清晰，容易测量，端口之间的传输系数就是衰减或增益，便于工程使用。 网络级联时，使用[A]参数很方便，多个网络[A]参数相乘就是整个网络的[A]参数。 网络输出端交叉连接时，使用[H]参数很方便，多个网络[H]参数相加就是整个网络的[H]参数。 各网络参量的应用 网络串连时，使用[Z]参数很方便，多个网络[Z]参数相加就是整个网络的[Z]参数。 网络并联连时，使用[Y]参数很方便，多个网络[Y]参数相加就是整个网络的[Y]参数。 各参量之间的转换 应用中有时需要在不同参量之间进行转换，如用[S]表示的网络进行级联时需要在[S]和[A]之间进行转换，通常是把每个网络单元的[S]变为[A] ，相乘后得到整个网络的[A]，再变为[S]。 考虑归一化参数： [z]＝[Z]/Z0，[y]＝[Y]/Y0 a11＝A11，a12＝A12/Z0，a21＝A21/Y0 ，a22＝A22 根据定义，可以实现不同参量之间的转换。(P107,表4.2) 两端口网络的四个矩阵的之间的变换有软件可以使用。工程中尽可能使用这些软件，减少手工计算，以免出错。 各参量之间的转换 各参量之间的转换 各参