微波电路CAD-重庆邮电大学-6

微波电路CAD主讲：王斌wangbin1@.c/p>

光电工程学院6.微波网络分析阻抗：场理论和传输线或电路理论之间的纽带。

回忆特性阻抗首先在19世纪由亥维赛用来描述含有电阻器、电感器和电容器的交流电路中的复数比V/I。20世纪30年代，谢昆诺夫认为阻抗的概念可以推广到电磁场，可以看做是场型的特征。6.微波网络分析阻抗不同形式的阻抗及相应符号：

表示媒质的本征阻抗。该阻抗仅与媒质的材料参量有关，并且等于平面波的波阻抗。表示波阻抗。该阻抗是特定波型的一种特性，TEM波、TE波和TM波有着不同的波阻抗ZTEM、ZTE、ZTM,具体取决于传输线和波导的类型、材料性质和工作频率。表示特征阻抗。该阻抗是传输线上的行波电压与电流之比。6.微波网络分析微波网络的定义低频电路网络：

由元器件（如电容、电感、电阻、晶体管...）组成的电路系统。最简单的电路网络可能只包含一个元器件。微波网络：

由微波元器件（膜片、销钉、衰减器、E－T分支、微波二极管、微波三极管…）组成的微波电路系统。

最简单的微波网络可能只包含一个微波元器件。即，任何一个微波元器件，或若干个微波元器件组成的电路系统，都可以称为一个微波网络。6.微波网络分析优点：1.大量减少无源、有源器件数目；2.避开电路的复杂性和非线性效应；3.简化网络输入、输出特性的关系；4.不必了解系统内部的结构就可以通过实验确定网络输入、输出参数。Z矩阵(阻抗矩阵)

矩阵[Z]称为阻抗矩阵，反映了网络电压与电流的关系，但只与网络自身有关，与激励和响应无关。矩阵单元：6.微波网络分析Y矩阵(导纳矩阵)

矩阵[Y]称为导纳矩阵，反映了网络电流与电压的关系，但只与网络自身有关，与激励和响应无关。矩阵单元：6.微波网络分析Z矩阵与Y矩阵

[Z]与[Y]非奇异时，[Z]与[Y]奇异时，6.微波网络分析∏形网络

Z矩阵参量Y矩阵参量6.微波网络分析ABCD矩阵(级连矩阵)与h矩阵(混合矩阵)

h矩阵参量h参量常用于分析低频晶体管模型。6.微波网络分析输入阻抗输出导纳反向电压增益正向电流增益双极结晶体管(BipolarJunctionTransister)

h参量6.微波网络分析(输入阻抗)(电压反馈系数)(小信号电流增益)(输出导纳)网络的串联

在求由两个网络串联组成的复合网络的矩阵参数时，采用Z矩阵最为方便。6.微波网络分析网络的并联

在求由两个网络并联组成的复合网络的矩阵参数时，采用Y矩阵最为方便。6.微波网络分析网络的交叉连接

在求由两个网络交叉连接组成的复合网络的矩阵参数时，采用h矩阵最为方便。6.微波网络分析网络的级连

在求由两个网络级连组成的复合网络的矩阵参数时，采用ABCD矩阵最为方便。6.微波网络分析T形网络

ABCD矩阵参量6.微波网络分析常用网络的ABCD参量

6.微波网络分析常用网络的ABCD参量

6.微波网络分析网络参量的变换关系

6.微波网络分析散射参量确定Z参量、Y参量、h参量以及ABCD参量所必须的开路或短路条件很难严格成立。利用S参量，射频工程师可以在避开不现实的终端条件以及避免造成待测器件损坏的前提下，用两端口网络的分析方法确定几乎所有射频器件的特征。传输线上电压和电流的解：如果分别用a和b表示归一化入射波电压和反射波电压，则归一化电压和电流为

6.微波网络分析6.微波网络分析散射参量导出

归一化入射电压波归一化反射电压波平均功率散射参量S

保持恒定的功率输出和匹配终端条件。6.微波网络分析散射参量S的物理意义

6.微波网络分析输入端口反射系数正向电压增益散射参量S的物理意义

6.微波网络分析输出端口反射系数反向电压增益链形散射矩阵

6.微波网络分析Z参量与S参量之间的转换

6.微波网络分析节点导纳矩阵法(不定导纳矩阵法)

等效电路元件或网络在按电路拓扑连接组成电路时，其端点的连接点将形成节点。节点导纳矩阵法就是利用上述元件或网络的不定(待定)导纳矩阵建立整个电路导纳矩阵并借以分析电路的方法。如左图所示，设某个电路网络有n个节点。

6.微波网络分析节点导纳矩阵的一般电路图节点j与节点k之间的导纳用ykj或yjk表示，ykj=yjk。当k节点与任意节点j(j=1,2,…,n,且j≠k)有支路直接相连时，此两节点之间的导纳才能定位ykj；而与k节点不直接相连接的各节点x，与k之间的导纳应定位零，即ykx=0。节点导纳矩阵法(不定导纳矩阵法)

6.微波网络分析节点导纳矩阵的一般电路图根据基尔霍夫电流定律(流入与流出同一节点的电流相等)，写出k节点的电流方程：ik为流入k节点的外部电流；uj为j节点电位；uk为k节点电位。展开上式，得：令则节点导纳矩阵法(不定导纳矩阵法)

全电路有n个节点，总计可以写出n个电流方程，写成矩阵形式为写成向量形式

Y就称为不定导纳矩阵(待定导纳矩阵)，当网络有n个节点时，不定导纳矩阵Y式n×n矩阵。6.微波网络分析不定(待定)导纳矩阵的性质(1)列元素之和为零(2)行元素之和为零(3)不定导纳矩阵Y的行列式值为零(4)若网络的第t个节点接地，则其不定导纳矩阵降一阶若节点t接地，则删去第t行和第t列的不定导纳矩阵降一阶，称为定导纳矩阵。6.微波网络分析微波元器件不定导纳矩阵(1)集中参数元件

对于R、L、C两端元件，其不定导纳矩阵为其中节点间的导纳(2)均匀传输线6.微波网络分析微波元器件不定导纳矩阵(3)理想变压器理想变压器的不定导纳矩阵为6.微波网络分析理想变压器及其等效电路微波元器件不定导纳矩阵(4)微波半导体器件6.微波网络分析晶体管小信号等效电路电路导纳矩阵的建立方法

已知电路各元件的不定导纳矩阵后，就可以根据各元件的连接情况建立电路的导纳矩阵。步骤：(1)首先对电路所有节点进行编号，编号从1开始直至n(n为正整数)，接地节点不编号或编为零号。(2)对各元件的端点进行编号并建立不定导纳矩阵。(3)将各元件不定导纳矩阵的元素(除与接地点相关的元素外)逐一加入电路导纳矩阵。加入方法：若第k个元件的l端接在电路的i节点，第k个元件的p端接在电路的j节点，则第k个元件的导纳作为对电路导纳矩阵的贡献加到电路导纳矩阵元素中去。6.微波网络分析用节点导纳矩阵分析电路的方法用节点导纳矩阵分析电路的方法步骤：(1)首先给被分析电路的各个节点编号，编号从1开始直至n(n为电路的总节点数，接地节点可