射频电路第四章ppt课件

1、 第第4章章 单端口和多端口网络单端口和多端口网络 网络模型可以大量减少无源和有源器件数目；避开电路的复杂性和非网络模型可以大量减少无源和有源器件数目；避开电路的复杂性和非线性效应；简化网络输入和输出特性的关系；最重要的是不用了解系统内线性效应；简化网络输入和输出特性的关系；最重要的是不用了解系统内部的构培育可以经过实验确定网络输入和输出参数。部的构培育可以经过实验确定网络输入和输出参数。 4.1 根本定义根本定义多端口多端口 网络网络-i4+v4单端口单端口 网络网络-i1+v1-iN-1+vN-1双端口双端口 网络网络-i2+v2-i1+v1-i1+v1-i3+v3-iN+vN-i2+v2

2、4 端口端口N 端口端口2 端口端口3 端口端口1 端口端口N-1端口端口NNiZiZiZv22221212NNNNNNNNiiiZZZZZZZZZvvv2121222211121121NNiZiZiZv12121111NNNNNNiZiZiZv2211mkforimnnmkivZ0其中mkvmnnmkviY0其中同理：NNNNNNNNvvvYYYYYYYYYiii2121222211121121例例4.1 求求形网络的阻抗矩阵和导纳矩阵。形网络的阻抗矩阵和导纳矩阵。解：解：i2v2+-+ZCZAv1ZBi1BvZviY1021121BAvZZviY11011112CBvZZviY110222

3、21BvZviY1012212CBACAiZZZZZivZ021121CBACBAiZZZZZZivZ011112CBABACiZZZZZZivZ022221CBACAiZZZZZivZ012212结论：经过假设网络端口为开路或短路形状，容易测得全部参数，且互易。结论：经过假设网络端口为开路或短路形状，容易测得全部参数，且互易。h 参量矩阵参量矩阵(混合矩阵混合矩阵)：212221121121vihhhhivABCD矩阵矩阵(级连矩阵级连矩阵)： 2222212112121111ZZZZZZZZZZZ元素计算方法同前。 4.2.1 网络的串联网络的串联 4.2 互联网络互联网络Z Z+-+-1

4、i2i2i1i 2i 2v1i2v 1v2v1v 1v2211ivDCBAiv 21221121iiZvvvvvv每个电压相互叠加而电流不变那么用每个电压相互叠加而电流不变那么用Z参数：参数：必需留意防止不加选择地将不同网络相连。必需留意防止不加选择地将不同网络相连。双口双口网络网络-i2+v2-i1+v1假设输入电压及输出电流叠加，而输入假设输入电压及输出电流叠加，而输入电流及输出电压不变那么用电流及输出电压不变那么用 h 参数：参数： h h+-+-1i2i2i1i 2i 2v1i2v 1v2v1v 1v Y Y+-+-1i2i2i1i 2i 2v1i2v 1v2v1v 1v 212222

5、212112121111221121vihhhhhhhhiivviv 4.2.2 网络的并联网络的并联每个电流相互叠加而电压不变那么用每个电流相互叠加而电压不变那么用Y参数：参数： 212222212112121111221121vvYYYYYYYYiiiiii例例4.5 求求 T 形网络的形网络的ABCD参量。参量。i2v2+-+v1Zi1解：解：ZivBv021210212ivvA10212viiD00212iviC例例4.4 求阻抗元件的求阻抗元件的ABCD参量。参量。i2v2+-+ZCv1ZBi1 ZA解：解：CBCCBABACABCAZZZZZZZZZZZZZABCD/1/ 1/11

6、011011011 2111221111ivDCBADCBAivDCBAivDCBAiviv 4.2.3 级连网络级连网络ABCD参数特别适宜级连网络：参数特别适宜级连网络：-+-+-+ DCBA2i1i 2i 2v1i2v 1v1v DCBA例例4.6 求传输线段的求传输线段的ABCD参量。参量。解：解：i2v2+-+v1Z0 ，i1dl当端口2 短路时，由P462.56和2.57式： dZVdIdjVdVcos2,sin20当端口2 开路时，由P462.56和2.57式： dZjVdIdVdVsin2,cos20ljZZVljVivBvsin/2sin2000212ljYVZljVviCi

7、sin2/sin2000212lZVZlViiDvcos/2/cos200212lVlVvvAicos2cos20212特别强调特别强调I(d)是是流向负载的，流向负载的，i1=I(d), i2=-I(d)常用网络的常用网络的ABCD参量如表参量如表4.1所示。所示。 4.3.1 网络参量之间的换算关系网络参量之间的换算关系 4.3 网络特性及其运用网络特性及其运用22212122121111vhihivhihv用同样方法可导出各参量之间的变换关系如表用同样方法可导出各参量之间的变换关系如表4.2所示。所示。21112212112111021/2hhihihiihivBv21222212220

8、21/2hhvhvhviCi2122120211/2hihiiiDv21212112221122122122211021/2hhhhhhhvvhhvhhvvAi由由h 参量方程参量方程 导出导出ABCD参量：参量： 4.3.2 微波放大器分析微波放大器分析RLCL , Z0 l输出匹配输出匹配反响环反响环输入匹配输入匹配rBEBECEICrCEgmvBCBECBCIBBEBCBEBEBCBEBEBEBCBEBEBEirCCjrCjCrjrCjCrjrvvh11/11/021121BEBCBEBCmBEBCBEBEBCmvrCCjCjgrCjCjrvvCjvgiih1/1111012212BEB

9、CBEBEBEBCBEBCBEBEBCmCEirCCjrCjCjrCCjrCjgrvih1111022221BEBCBEBEBCBEBEvrCCjrCjCjrvvivh1/111011112将将h 参量变换为参量变换为Y参量与反响环并联，再变换为参量与反响环并联，再变换为ABCD参量与匹配网络级连。参量与匹配网络级连。 4.4.1 S 参量的定义参量的定义 4.4 散射参量散射参量(S) 留意到留意到an=0 的条件意味着两个端口都没有功率波前往网络，这只能在的条件意味着两个端口都没有功率波前往网络，这只能在两端传输线都匹配时才成立。两端传输线都匹配时才成立。b2 Sa2b1a1定义定义S 参

10、量：参量： 其中：其中：002 ZIZVbnnn定义归一化入射电压波：定义归一化入射电压波：0/ ZbaInnn相减：002 ZIZVannn0ZbaVnnn相加：所以：所以： ，00/ZIZVbnnn00/ZIZVannn定义归一化反射电压波：定义归一化反射电压波：212221121121aaSSSSbbjnajiijnabS0 实践的射频系统不能采用终端开路实践的射频系统不能采用终端开路(电容效应电容效应)或短路或短路(电感效应电感效应)的丈量的丈量方法，另外终端的不延续性将导致有害的电压电流波反射，并产生能够呵斥方法，另外终端的不延续性将导致有害的电压电流波反射，并产生能够呵斥器件损坏的

11、振荡。器件损坏的振荡。4.374.39 4.4.2 S 参量的物理意义参量的物理意义丈量丈量S22和和S12, 为保证为保证a1= 0，必需使，必需使 ZG=Z0那么：2121002020102112222/111GGVIaVVVVZIZVZVabS0022022221ZZZZVVabSoutoutoutab2 Sa2=0b1a1VG1Z0Z0ZLZ0丈量丈量S11和和S21, 为保证为保证a2= 0，必需使，必需使 ZL=Z0那么：1212001010201221222/222GGVIaVVVVZIZVZVabS0011011112ZZZZVVabSinininab2 Sa1=0b1a2VG

12、2Z0Z0ZGZ0反向电压增益反向电压增益正向电压增益正向电压增益例例4.7 假设一假设一3dB衰减网络插入到衰减网络插入到 Z0 = 50的的传输线中，求该网络的传输线中，求该网络的S 参量和电阻。参量和电阻。由于网络必需匹配，所以：S11= S22= 0R2R3R1衰减网络衰减网络解：解：505050505050212323123232RVRRRRRRRRRV在3dB衰减条件下：那么：50505023231RRRRRZinS11和和S21测试电路测试电路根据对称性联立得：R1= R2= 8.58 ， R3=141.4 12121221707. 02SVVVVSGR2R1R3 50 4.4.

13、4 Z 参量与参量与S 参量之间的转换参量之间的转换 BT ATAa2Ba2Ba1Ab1Aa1Bb1Ab2Bb2BBBBBBAAAAAAabTTTTTTTTba22222112112221121111 最有效的方法是按输入输出口分类最有效的方法是按输入输出口分类重写电压波关系式：重写电压波关系式： 4.4.3 链形链形S 矩阵矩阵将 两边减 ： VS故：1121122212212211222112110122211211222112110222112111111111111SSSSSSSSSSSSZSSSSSSSSZZZZZ 10SEIZESVESVVSVVV将S 参量矩阵两边同乘 ：即： V

14、SaSZVbZZ000而： 10/SEESZIVZ链形散射矩阵与链形散射矩阵与ABCD矩阵作用一样矩阵作用一样见4.37式 IZbaZVSV00 aZV000/ZIZVbnnn00/ZIZVannn4.39 4.4.5 信号流图模型信号流图模型主要原那么：主要原那么：1. 当涉及当涉及S 参量时，节点是用来识别网络参量的；参量时，节点是用来识别网络参量的； 2. 支路是用来衔接网络参量的；支路是用来衔接网络参量的； 3. 支路量值的加减与支路的走向有关。支路量值的加减与支路的走向有关。ZLbaZ0信号流图信号流图常规方式常规方式baL=baaVGZ0ZGZLbabIGabSbaLSb11信号流

15、图信号流图常规方式常规方式重要结论：重要结论：SLSSLSbbbb100ZVZVZVIZVVVVSSGGGGGSSS根据相加原那么： ，所以：SSabb思索到信号源：SSSSSGGbabZVZVVZZZZ00000整理并同除 ：SSabbbbSbSbbSLSLS1/(1- )上图往左看见4.37式和4.39式00ZZZZGGS例例4.8 求图示网络中求图示网络中的的b1/a1和和a1/bS，传输，传输线倍乘因子为线倍乘因子为1。解：解：b2 Sa2bSa1VSZ0ZSZLZ0b1LSbSLSb21a21111b1S12a1S22S21S115. 分解分解反响环反响环最后得最后得1. 断开断开b

16、2与与a2之之间的环路并构成间的环路并构成反响环反响环S22L2. 分解分解a1与与b2之之间的反响环化为间的反响环化为S21/(1- S22)LbSLSb2a211b1S12a1S11S211-S22 L3. 完成串完成串并联运算并联运算并求并求inbSS11b1a1S11+LS12 S211-S22 LbSLSb2a211b1S12a1S21S11S22 L4. 将环路变将环路变为反响环，为反响环，求倍乘因子求倍乘因子bS11a1SS11+LS12 S211-S22 L bS a1SS11+LS12 S211-S22 L 11-a1=bS 4.4.6 S 参量的推行参量的推行 另外要思索丈

17、量网络另外要思索丈量网络S参量时需求利用一段有限长的传输线，对端口参量时需求利用一段有限长的传输线，对端口1：故：故：nnnnnnnnZbaZVZVI000/那么：那么：jnVjjiijnajiijnnnnnnnnZVZVabSZVbZVa00000_0/,11111ljineVlzV2lb2 Sa2bSa1VSZ02ZSZLZ01b1z20z101l 假设与端口假设与端口1、2相衔接的传输线特性阻抗不一样，假设分别为相衔接的传输线特性阻抗不一样，假设分别为Z01、 Z02那么：那么：,0_nnnnnnZbaVVV110VzVin11111ljineVlzV110VzVin端口端口 2同理，同

18、理，其矩阵其矩阵2121221100VVeelVlVljljoutin2121221100VVeelVlVljljoutin及212221121121VVSSSSVV根据S参量定义： ，假设参与传输线段。那么：那么：212221121121221122110000lVlVeeSSSSeelVlVoutinljljljljoutin 4.4.7 S 参量的丈量参量的丈量R A BRFDUT直流电流直流电流双定向双定向耦合器耦合器待测元件待测元件T 形形接头接头双定向双定向耦合器耦合器T 形形接头接头5050矢量网络矢量网络分分 析析 仪仪丈量丈量S11和和S21的实验系统的实验系统 射频源RF输出射频信号，丈量通道R用于丈量入射波，同时也作为参考端口。通道A和B用于丈量反射波和传输波(S11=A/R，S21=B/R)。 假设要丈量S12和S22，那么必须将待测元件反过来衔接。习习 题题 四四4.5 知放大器输入、输出端口的驻波系数分别为知放大器输入、输出端口的驻波系数分别为 VSWR=2 和和 VSWR=3, 求输入、输出端口反射系数的模求输入、输出端