射频电路第四章.ppt

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；最重要的是不必了解系统内线性效应；简化网络输入和输出特性的关系；最重要的是不必了解系统内部的结构就可以通过实验确定网络输入和输出参数部的结构就可以通过实验确定网络输入和输出参数 4.1 基本定义基本定义多端口多端口 网络网络-i4+v4单端单端口口 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+v24 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端口端口其中1其中同理：例例4.1 求π形网络的阻抗矩阵和导纳矩阵解：解：i2v2+--+ZCZAv1ZBi1结论：通过假设网络端口为开路或短路状态，容易测得全部参数，且互易结论：通过假设网络端口为开路或短路状态，容易测得全部参数，且互易2h 参量矩阵参量矩阵(混合矩阵混合矩阵)：：ABCD矩阵矩阵(级连矩阵级连矩阵)：：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+-+-每个电压相互叠加而电流不变则用每个电压相互叠加而电流不变则用Z参数：参数：必须注意防止不加选择地将不同网络相连必须注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+v13若输入电压及输出电流叠加，而输入若输入电压及输出电流叠加，而输入电流及输出电压不变则用电流及输出电压不变则用 h 参数：参数：+-+-+-+- 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则用每个电流相互叠加而电压不变则用Y参数：参数：4例例4.5 求 T 形网络的ABCD参量i2v2+--+v1Zi1解：解：例例4.4 求阻抗元件的ABCD参量i2v2+--+ZCv1ZBi1ZA解：解： 4.2.3 级连网络级连网络ABCD参数特别适合级连网络：参数特别适合级连网络：-+-+-+5例例4.6 求传输线段的ABCD参量解：解：i2v2+--+v1Z0 ，，βi1当端口2 短路时，由P462.56和2.57式：当端口2 开路时，由P462.56和2.57式：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6 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 网络特性及其应用网络特性及其应用用用同样方法可导出各参量之间的变换关系如表同样方法可导出各参量之间的变换关系如表4.2所示由由h 参量方程参量方程 导出导出ABCD参量：参量：7 4.3.2 微波放大器分析微波放大器分析RLCLβ , Z0 输出匹配输出匹配反馈环反馈环输入匹配输入匹配rBEBECEICrCEgmvBCBECBCIB将将h 参量变换为参量变换为Y参量与反馈环并联，再变换为参量与反馈环并联，再变换为ABCD参量与匹配网络级连参量与匹配网络级连8 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) 注意到注意到an=0 的条件意味着两个端口都没有功率波返回网络，这只能在的条件意味着两个端口都没有功率波返回网络，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b2a2b1a1定义定义S 参量：参量： 其中：定义归定义归一化一化入射电压波：入射电压波：相减：相加：所以所以： ，定义归定义归一化一化反射电压波：反射电压波： 实际的射实际的射频频系统不能采用终端开路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)的测量的测量方法，另外终端的不连续性将导致有害的电压电流波反射，并产生可能造成方法，另外终端的不连续性将导致有害的电压电流波反射，并产生可能造成器件损坏的振荡。

器件损坏的振荡4.37）（4.39）9 4.4.2 S 参量的物理意义参量的物理意义测量测量S22和和S12, 为保证为保证a1= 0，，必须使必须使 ZG=Z0则：b2a2=0b1a1VG1Z0Z0ZLZ0测量测量S11和和S21, 为保证为保证a2= 0，，必须使必须使 ZL=Z0则：b2a1=0b1a2VG2Z0Z0ZGZ0反向电压增益反向电压增益正向电压增益正向电压增益10例例4.7 假设一3dB衰减网络插入到 Z0 = 50Ω的传输线中，求该网络的S 参量和电阻由于网络必须匹配，所以：S11= S22= 0R2R3R1衰减网络衰减网络解：解：在3dB衰减条件下：则：S11和和S21测试电路测试电路根据对称性联立得：R1= R2= 8.58 Ω， R3=141.4 ΩR2R1R350 Ω11 4.4.4 Z 参量与参量与S 参量之间的转换参量之间的转换 最最有效的方法是按输入输出口分类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 ：故：将S 参量矩阵两边同乘 ：即：而：链形散射矩阵与链形散射矩阵与ABCD矩阵作用相同矩阵作用相同见4.37式（4.39）12 4.4.5 信号流图模型信号流图模型主要原则：主要原则：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. 支路是用来连接网络参量的；支路是用来连接网络参量的； 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形式常规形式baΓL=baaVGZ0ZGZLb′a′bIGabSb′a′ΓLΓSb11信号流图信号流图常规形式常规形式重要结论：重要结论：根据相加原则： ，所以：考虑到信号源：整理并同除 ：b′bSbSb′bSΓLΓSΓLΓS1/(1- )上图往左看见4.37式和4.39式13例例4.8 求图示网络中的b1/a1和a1/bS，传输线倍乘因子为1解：解：b2a2bSa1VSZ0ZSZLZ0b1ΓLΓSbSΓLΓSb21a21111b1S12a1S22S21S115. 分解分解反馈环反馈环最后得最后得1. 断开断开b2与与a2之之间的环路并形成间的环路并形成反馈环反馈环S22ΓL2. 分解分解a1与与b2之之间的反馈环化为间的反馈环化为S21/(1- S22Γ)LbSΓLΓSb2a211b1S12a1S11S211-S22ΓL3. 完成串完成串并联运算并联运算并求并求ΓinbSΓS11b1a1S11+ΓLS12 S211-S22ΓLbSΓLΓSb2a211b1S12a1S21S11S22ΓL4. 将环路变将环路变为反馈环，为反馈环，求倍乘求倍乘因子因子bS11a1ΓSS11+ΓLS12 S211-S22ΓL bSa1ΓSS11+ΓLS12 S211-S22ΓL 11-a1=bS14 4.4.6 S 参量的推广参量的推广 另外要考虑测量网络另外要考虑测量网络S参量时需要利用一段有限长的传输线，对端口参量时需要利用一段有限长的传输线，对端口1：：故：故：则：则：b2a2bSa1VSZ02ZSZLZ01b1z20z10 如果与端口如果与端口1、、2相连接的传输线特性阻抗不相同，假设分别为相连接的传输线特性阻抗不相同，假设分别为Z01、、 Z02则：则：端口端口 2同理，同理，其矩阵其矩阵及15根据S参量定义： ，如果加入传输线段。

则：则： 4.4.7 S 参量的测量参量的测量R A BRFDUT直流电流直流电流双双定向定向耦合器耦合器待测待测元件元件T 形形接头接头双双定向定向耦合器耦合器T 形形接头接头50Ω50Ω矢量网络矢量网络分分 析析 仪仪测量测量S11和和S21的实验系统的实验系统 射频源RF输出射频信号，测量通道R用于测量入射波，同时也作为参考端口通道A和B用于测量反射波和传输波(S11=A/R，S21=B/R) 若要测量S12和S22，则必须将待测元件反过来连接16习习 题题 四四4.5 已知放大器输入、输出端口的驻波系数分别为已知放大器输入、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、输出端口反射系数的模. 若采用若采用 S11和和S22表示计算结果表示计算结果, 其物理含义是什么其物理含义是什么?4.4 已知传输线的特性阻抗为已知传输线的特性阻抗为75Ω, 终端接终端接25Ω负载负载, 求回波求回波 损耗损耗.i2v2+--+ZCZAv1ZBi14.1 求求T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.4.2 根据根据ABCD参量的定义求参量的定义求Y参量矩阵参量矩阵.4.3 求射频阻抗变换器的求射频阻抗变换器的ABCD参量矩阵参量矩阵, 设变换比设变换比 N=N1/N2, 其中其中N1为初级线圈的匝数为初级线圈的匝数, N2为次级线圈的匝数为次级线圈的匝数.17。