通信射频电路教学课件：第4章 射频网络参数

1、1第四章 射频网络参数本章内容1.单/多端口网络的Z/Y/H/T参数2.单/多端口网络的散射(S)参数3.互连的多端口网络参数及分析 重点掌握单端口网络散射（S）参数的定义、物理意义、测量方法； S参数与阻抗的关系;互连的单端口网络S参数计算方法。4.信号流图&4.1 多端口网络Z/Y/H/T参数单端口网络的端口电压与电流无源单口网络 两个元件电路 2两端口网络的端口电压与电流1.两端口网络的Z参数 式中的各系数称为Z参数或阻抗参数。其物理意义分别是端口开路时的输入阻抗、转移阻抗。32.两端口网络的Y参数 式中的各系数称为Y参数或导纳参数。其物理意义分别是端口断路时的输入导纳、转移导纳。Z参数

2、矩阵和Y参数矩阵互为逆矩阵!4例题: PI型两端口网络的阻抗参数53. 两端口网络的H参数(Hybrid Network Parameter)Often used for active device analysis!6例题: CE LF Small-signal Transistor H Para74.两端口网络的T(ABCD)参数Often used for cascading network analysis!8两端口网络参数之间的关系 已知任何一种网络参数，根据上表，容易求出其它三种网络参数.9多端口网络的端口电压与电流 多端口网络特性可用其Z 、Y 、H 、T等网络参数表征!电路网络

3、模型的优点简化网络输入/输出特性的关系;可以通过实验测试确定出网络输入/输出参数(Z、Y、H、T等网络参数); 大量地减少有源/无源器件数目,避开电路的复杂性和非线性效应,简化电路分析.10网络互连及其参数分析网络互连方式1.串联方式2. 并联方式114.串/并混联方式3. 级联方式12例题:达林顿晶体管(宽带放大器)常见的二端口网络的网络参数例题:一段长为L的传输线构成的二端口网络的T(ABCD)网络参数计算13短路传输线的端口电压和电流开路传输线的端口电压和电流14常见的基本两端口网络的T(ABCD)网络参数15 T(ABCD)网络非常适合传输线网络,级联多网络特性分析!互连网络参数分析与

4、计算方法16分别计算各子两端口网络的ABCD参数;由级联公式得到等效两端口网络的ABCD参数;ABCD参数计算出输入/输出电压/电流关系,从而得到放大器电压/电流增益, 输入/输出阻抗,SWR等性能参数. 互连网络参数分析与计算步骤17&4.2 多端口网络的散射参数Z,Y,H,T网络参数的应用局限性1. Need to establish well-defined termination conditions in order to find the network descriptions for Z, Y, H, and ABCD networks; 2. Open and short v

5、oltage and current conditions are difficult to enforce;3. RF implies forward and backward travelingwaves which can form standing waves destroying the elements18解决方案Input-output behavior of network is defined in terms of normalized power wavesRatio of the power waves are recorded in terms of so-calle

6、d scattering parametersS-parameters are measured based on properly terminated transmission lines (and not open/short circuit conditions)19二端口网络S参数 S参数表达的是网络端口的电压波,从而可用入射电压波和反射电压波的方式定义网络的输入与输出关系.归一化入射电压波归一化反射电压波20网络端口电压网络端口电流传输进网络的电压波功率二端口网络S参数定义21网络S参数的测试条件测量S11和S21,a2=0,网络端口2没有功率返回网络,即端口2完全匹配;测量S12

7、 和S22, a1=0,网络端口1没有功率返回网络,即端口1完全匹配.22网络S参数的测试方法1. To Measure S11 and S21 by matching the line impedance Z0 at port2 through a corresponding load impedance ZL = Z0.2. To Measure S22 and S12 by matching the line impedance Z0 at port1 through a corresponding load impedance ZG = Z0.23网络S参数的物理意义网络端口1的反射系

8、数网络端口1的回波损耗S21是网络端口1到端口2的正向电压增益24S21是网络端口1到端口2的正向功率增益S12是网络端口到端口的反向电压增益网络端口的反射系数网络端口的回波损耗2512是网络端口到端口的正向功率增益网络S参数的实验测试方法26例题:型阻抗网络参数测试（o50欧)27网络S参数的应用28已知网络的S参数，可得网络的Z，Y,H,T()等参数29级联二端口网络S参数的分析与计算&4.3 互连网络的参数分析 Advantage: cascading just like form ABCD30二端口网络S参数到T参数的转换已知二端口网络S参数31&4.4 信号流图节点和支路节点：微波网

9、络的每个端口i有两个节点ai和bi。节点ai等同于进入端口i的波，节点bi等同于自端口i反射的波。节点的电压等于所有进入该节点的信号之和。支路：支路是两个节点之间的定向路径，代表信号从一个节点向另一个节点流动。每一支路都有相关联的S参量或反射系数。 当用透射波和反射波来分析微波网络时，信号流图分析法是一种很有用的补充手段。信号流图的基本组成32多端口网络的信号流图信号流图入射波和反射波的定义一端口网络的信号流图端口abblaabZss电压源的信号流图abVss电压源电压源的信号流图33Sa1a2b2b1端口1a1b1a2b2S11S22信号流图入射波和反射波的定义端口2二端口网络的信号流图二端

10、口网络的信号流图34法则1（串联法则） 公共节点只有一个进来的波和一个出去的波的两个支路（支路串联），可以组合成单个支路，其系数是原来两个支路的系数乘积。S21S32V1V2V3S21S32V1V3 信号流图的分解 复杂的多端口网络的信号流图可以简化为两个节点之间的单个支路。信号流图的分解法则V3=S32V2=S32S21V135法则2（并联法则） 从一个公共节点到另一个公共节点的两个支路（支路并联），可以组成单个支路，其系数是原来两个支路的系数之和。V1V2SaSbSa+SbV1V2V2=SaV1+SbV1=(Sa+Sb)V1法则3（自闭环法则） 当一个节点有系数为S的自闭环（支路起至于同一

11、个节点）时，让该节点的支路的系数乘以1/(1-S)，可消去此自闭环。36V2=S21V1+S22V2 ,V3=S32V2S21S32V1V2V3S22S32V1V2V3法则4（剖分法则） 只要最终的信号流图一次（只有一次）包含有分离的（不是自闭环）输入支路和连接到原始节点的输出支路，一个节点就可剖分成两个分离的节点。S21S32V1V2V3S42V4S21S32V1V2V3V4S42S21V2V4=S42V2=S21S42V137信号流图的应用例题：利用信号流图导出下图所示二端口网络的in和out 的表达式。解：电路的信号流图如图1所示。S11S22S12S21a1b2lsb1a21Vs图1. 常规源和负载阻抗的二端口网络的信号流图二端口网络两端口接常规源和负载阻抗的电路图38 用节点电压表示时，in由比值b1/a1给出,对流图的分解的前两步如图2（a，b）所示.a1b2S11la2b1S12S21S22la1b2S11la2b1S12（a）在节点a2应用法则4（b）在节点b2应用自闭环法则3由图2得到：图2.