射频电路理论与设计

射频电路理论与设计第一页，共二十七页，2022年，8月28日引言1、自由空间频率与波长2、电感和电容的电抗和第二页，共二十七页，2022年，8月28日3、终端短路和终端开路情况下距离终端处输入阻抗4、趋肤深度5、直流电阻和射频电阻的关系（）第三页，共二十七页，2022年，8月28日第一章传输线理论一、基本概念1、传输线上传输的电磁波分TEM波、TE波和TM波3种类型。2、常用的TEM传输线有平行双导线、同轴线、带状线和微带线（传输准TEM波）。目前，多数射频电路是由微带线实现的。微带线不能传输TEM波，只能传输准TEM波，但是微带线的传输特性近似按TEM传输线处理。3、传输线理论是长线理论。传输线是长线还是短线，取决于传输线的电长度而不是几何长度。第四页，共二十七页，2022年，8月28日4、传输线的电长度定义为传输线的几何长度与其工作波长的比值。当传输线的几何长度比其所传输信号的工作波长还长或者可以相比拟时，传输线称为长线；反之称为短线。5、传输线理论是分布参数电路理论，认为分布电阻、分布电感、分布电容和分布电导这4个参数存在于传输线的所有位置上。6、传输线方程是研究传输线上电压、电流的变化规律以及它们之间相互关系的方程。7、传输线上入射电压与入射电流之比，称为传输线的特性阻抗。在射频情况下，传输线的特性阻抗可以视为纯电阻。常用同轴线的特性阻抗有2种，分别为50和75第五页，共二十七页，2022年，8月28日8、反射系数是指传输线上某点的反射电压与入射电压之比，也等于传输线上某点反射电流与入射电流之比的负值。无耗传输线上任一点反射系数的模值是相同的。反射系数是周期性函数，周期为9、传输线终端负载决定着终端反射系数。传输线有3种不同的工作状态：行波状态、驻波状态和行驻波状态。（）

10、驻波系数定义为传输线上电压最大点与电压最小点的电压振幅之比。驻波系数的导数为行波系数，用表示。（）11、传输线上任意一点电压与电流之比称为传输线的输入阻抗，用表示。输入阻抗是是周期性函数，周期为12、传播常数是描述传输线上入射波和反射波的衰减和相位变化的参数。衰减常数表示单位长度行波振幅的变化；相移常数表示单位长度行波相位的变化。第六页，共二十七页，2022年，8月28日13、无耗传输线上通过任意点的传输功率等于该点的入射波功率与反射波功率之差。14、TEM传输线（即传输TEM波的传输线）无色散。色散是指电磁波的传播速度与频率有关。TEM传输线上电磁波的传播速度与频率无关。二、常用计算公式1、TEM传输线的相速度2、传播常数其中对于无耗或者射频低耗传输线而言：无耗传输线：第七页，共二十七页，2022年，8月28日3、无耗传输线的特性阻抗()4、均匀无耗传输线上电压和电流的分布在已知传输线长度为终端电压终端电流为前提下：其中是由终端算起的坐标第八页，共二十七页，2022年，8月28日在已知传输线始端电压和始端电流的前提下：5、反射系数终端反射系数驻波系数行波系数第九页，共二十七页，2022年，8月28日6、输入阻抗行波状态下（）：驻波状态下（）：终端短路（）终端开路（）终端接纯电抗负载（）行驻波状态下（）第十页，共二十七页，2022年，8月28日第二章史密斯圆图1、史密斯圆图旋转一周为2、史密斯圆图上3个特殊点。匹配点（0,0），短路点（-1,0），开路点（1,0）3、史密斯圆图上3条特殊的线。右半实数轴线为电压波腹点的轨迹；左半实数轴线为电压波谷点的轨迹；单位反射系数圆为纯电抗轨迹。4、史密斯圆图上有2个特殊的面。实轴以上的上半面是感性阻抗的轨迹；实轴以下的下半平面是容性阻抗的轨迹。5、史密斯圆图上有2个旋转方向传输线上的点向电源方向移动时，在圆图上沿等反射系数圆顺时针旋转；传输线上的点向负载方向移动时，在圆图上沿等反射系数圆逆时针旋转。第十一页，共二十七页，2022年，8月28日第三章射频网络基础一、基本概念1、对一个线性网络特征的描述，可以采用网络参量的形式给出。描述低频线性网络输入和输出的物理量是电压和电流，低频网络的网络参量通过电压和电流的关系给出。2、常用的低频网络参量有4种，分别称为阻抗参量、导纳参量、混合参量和转移参量。其中混合参量经常用于描述晶体管的特性，转移参量特别适合于描述级连网络。第十二页，共二十七页，2022年，8月28日3、常用散射参量和传输参量来描述射频网络。散射参量是在各端口匹配时用入射电压和反射电压之间的关系得到的，可以表征射频器件的特征。对于级连网络，射频电路可以利用传输参量简化对网络的分析。4、互易网络仅适用于含有线性双向阻抗的无源网络，满足该条件的无源网络可含有电阻、电容、电感或变压器等线性无源器件。由铁氧体各项异性媒质构成的元件及有源电路不是互易网络。对称网络是互易网络的一个特例。对称网络中电子元件的大小及尺寸位置对称分布。对称网络首先是互易网络。第十三页，共二十七页，2022年，8月28日二、计算公式1、阻抗参量对应的网络方程2、导纳参量对应的网络方程3、转移参量对应的网络方程4、混合参量对应的网络方程第十四页，共二十七页，2022年，8月28日5、常用串联阻抗Z、并联导纳Y、T型网络和型网络的矩阵。例3.4第十五页，共二十七页，2022年，8月28日6、二端口互易网络的特性二端口对称网络的特性第十六页，共二十七页，2022年，8月28日第四章谐振电路一、串联谐振电路1、谐振频率2、品质因数无载品质因数外部品质因数有载品质因数3、输入阻抗4、带宽第十七页，共二十七页，2022年，8月28日二、并联谐振电路1、谐振频率2、品质因数无载品质因数外部品质因数有载品质因数3、输入导纳4、带宽第十八页，共二十七页，2022年，8月28日三、传输线谐振电路传输线谐振电路通常称为谐振器。在微波波段，理想的集总元件谐振电路不易实现，终端短路或者终端开路的传输线经常作为谐振器使用。长度为的（或）终端短路传输线和长度为（或）的终端开路传输线具有串联谐振电路的特性；长度为（或）

的终端短路传输线和长度为（或）的终端开路传输线具有并联谐振电路的特性。第十九页，共二十七页，2022年，8月28日第六章滤波器的设计一、基本概念1、用插入损耗法设计滤波器，得到的是集总元件滤波电路，频率高（）时需要将集总元件滤波电路变换为分布参数电路实现。在插入损耗法中，滤波器的响应是用插入损耗表征的。2、利用低通滤波器原型能够变换到任意阻抗和任意频率的低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器，变换包括阻抗变换和频率变换两个过程。低通滤波器原型是假定源阻抗为1和截止频率为的归一化设计。3、采用短截线方法，可以将集总元件滤波器变换为分布参数滤波器，其中理查德变换用于将集总元件变换为传输线段，科洛达规则可以将各个滤波器元件分隔。第二十页，共二十七页，2022年，8月28日二、计算公式1、插入损耗定义2、巴特沃斯低通滤波器原型其中K=1。当时，3、切比雪夫低通滤波器原型决定波纹高度，用表示；表示的是N次多项式。第二十一页，共二十七页，2022年，8月28日4、低通滤波器原型变换为低通滤波器的阻抗变换和频率变换例6.3若源电阻为，令变换后滤波器的元件值使用带撇号的符号表示，有如下关系：(1为低通滤波器原型的源阻抗，为实际滤波器的源电阻。)5、理查德变换电感和电容用一段传输线等效时，传输线的长度选择为，频率，对应的理查德变换为适合将集总元件低通滤波器原型转换为由传输线构成的低通滤波器，此时低通滤波器原型的电感值与终端短路传输线的归一化特性阻抗值相等，低通滤波器原型的电容值与终端开路传输线的归一化特性导纳值相等。第二十二页，共二十七页，2022年，8月28日终端短路的一段传输线可以等效为集总元件的电感，等效关系为终端开路的一段的传输线可以等效为集总元件的电容，等效关系为6、科洛达规则表6.6科洛达规则是利用附加的传输线段，得到在实际上更容易实现的滤波器。利用科洛达规则既可以将串联短截线变换为