射頻電路理論與設計

射頻電路理論與設計第1頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月引言1、自由空間頻率與波長2、電感和電容的電抗和第2頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月3、終端短路和終端開路情況下距離終端處輸入阻抗4、趨膚深度5、直流電阻和射頻電阻的關系（）第3頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章傳輸線理論一、基本概念1、傳輸線上傳輸的電磁波分TEM波、TE波和TM波3種類型。2、常用的TEM傳輸線有平行雙導線、同軸線、帶狀線和微帶線（傳輸準TEM波）。目前，多數射頻電路是由微帶線實現的。微帶線不能傳輸TEM波，只能傳輸準TEM波，但是微帶線的傳輸特性近似按TEM傳輸線處理。3、傳輸線理論是長線理論。傳輸線是長線還是短線，取決于傳輸線的電長度而不是幾何長度。第4頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月4、傳輸線的電長度定義為傳輸線的幾何長度與其工作波長的比值。當傳輸線的幾何長度比其所傳輸信號的工作波長還長或者可以相比擬時，傳輸線稱為長線；反之稱為短線。5、傳輸線理論是分布參數電路理論，認為分布電阻、分布電感、分布電容和分布電導這4個參數存在于傳輸線的所有位置上。6、傳輸線方程是研究傳輸線上電壓、電流的變化規(guī)律以及它們之間相互關系的方程。7、傳輸線上入射電壓與入射電流之比，稱為傳輸線的特性阻抗。在射頻情況下，傳輸線的特性阻抗可以視為純電阻。常用同軸線的特性阻抗有2種，分別為50和75第5頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月8、反射系數是指傳輸線上某點的反射電壓與入射電壓之比，也等于傳輸線上某點反射電流與入射電流之比的負值。無耗傳輸線上任一點反射系數的模值是相同的。反射系數是周期性函數，周期為9、傳輸線終端負載決定著終端反射系數。傳輸線有3種不同的工作狀態(tài)：行波狀態(tài)、駐波狀態(tài)和行駐波狀態(tài)。（）

10、駐波系數定義為傳輸線上電壓最大點與電壓最小點的電壓振幅之比。駐波系數的導數為行波系數，用表示。（）11、傳輸線上任意一點電壓與電流之比稱為傳輸線的輸入阻抗，用表示。輸入阻抗是是周期性函數，周期為12、傳播常數是描述傳輸線上入射波和反射波的衰減和相位變化的參數。衰減常數表示單位長度行波振幅的變化；相移常數表示單位長度行波相位的變化。第6頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月13、無耗傳輸線上通過任意點的傳輸功率等于該點的入射波功率與反射波功率之差。14、TEM傳輸線（即傳輸TEM波的傳輸線）無色散。色散是指電磁波的傳播速度與頻率有關。TEM傳輸線上電磁波的傳播速度與頻率無關。二、常用計算公式1、TEM傳輸線的相速度2、傳播常數其中對于無耗或者射頻低耗傳輸線而言：無耗傳輸線：第7頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月3、無耗傳輸線的特性阻抗()4、均勻無耗傳輸線上電壓和電流的分布在已知傳輸線長度為終端電壓終端電流為前提下：其中是由終端算起的坐標第8頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月在已知傳輸線始端電壓和始端電流的前提下：5、反射系數終端反射系數駐波系數行波系數第9頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月6、輸入阻抗行波狀態(tài)下（）：駐波狀態(tài)下（）：終端短路（）終端開路（）終端接純電抗負載（）行駐波狀態(tài)下（）第10頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章史密斯圓圖1、史密斯圓圖旋轉一周為2、史密斯圓圖上3個特殊點。匹配點（0,0），短路點（-1,0），開路點（1,0）3、史密斯圓圖上3條特殊的線。右半實數軸線為電壓波腹點的軌跡；左半實數軸線為電壓波谷點的軌跡；單位反射系數圓為純電抗軌跡。4、史密斯圓圖上有2個特殊的面。實軸以上的上半面是感性阻抗的軌跡；實軸以下的下半平面是容性阻抗的軌跡。5、史密斯圓圖上有2個旋轉方向傳輸線上的點向電源方向移動時，在圓圖上沿等反射系數圓順時針旋轉；傳輸線上的點向負載方向移動時，在圓圖上沿等反射系數圓逆時針旋轉。第11頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章射頻網絡基礎一、基本概念1、對一個線性網絡特征的描述，可以采用網絡參量的形式給出。描述低頻線性網絡輸入和輸出的物理量是電壓和電流，低頻網絡的網絡參量通過電壓和電流的關系給出。2、常用的低頻網絡參量有4種，分別稱為阻抗參量、導納參量、混合參量和轉移參量。其中混合參量經常用于描述晶體管的特性，轉移參量特別適合于描述級連網絡。第12頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月3、常用散射參量和傳輸參量來描述射頻網絡。散射參量是在各端口匹配時用入射電壓和反射電壓之間的關系得到的，可以表征射頻器件的特征。對于級連網絡，射頻電路可以利用傳輸參量簡化對網絡的分析。4、互易網絡僅適用于含有線性雙向阻抗的無源網絡，滿足該條件的無源網絡可含有電阻、電容、電感或變壓器等線性無源器件。由鐵氧體各項異性媒質構成的元件及有源電路不是互易網絡。對稱網絡是互易網絡的一個特例。對稱網絡中電子元件的大小及尺寸位置對稱分布。對稱網絡首先是互易網絡。第13頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月二、計算公式1、阻抗參量對應的網絡方程2、導納參量對應的網絡方程3、轉移參量對應的網絡方程4、混合參量對應的網絡方程第14頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月5、常用串聯阻抗Z、并聯導納Y、T型網絡和型網絡的矩陣。例3.4第15頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月6、二端口互易網絡的特性二端口對稱網絡的特性第16頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第四章諧振電路一、串聯諧振電路1、諧振頻率2、品質因數無載品質因數外部品質因數有載品質因數3、輸入阻抗4、帶寬第17頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月二、并聯諧振電路1、諧振頻率2、品質因數無載品質因數外部品質因數有載品質因數3、輸入導納4、帶寬第18頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月三、傳輸線諧振電路傳輸線諧振電路通常稱為諧振器。在微波波段，理想的集總元件諧振電路不易實現，終端短路或者終端開路的傳輸線經常作為諧振器使用。長度為的（或）終端短路傳輸線和長度為（或）的終端開路傳輸線具有串聯諧振電路的特性；長度為（或）

的終端短路傳輸線和長度為（或）的終端開路傳輸線具有并聯諧振電路的特性。第19頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第六章濾波器的設計一、基本概念1、用插入損耗法設計濾波器，得到的是集總元件濾波電路，頻率高（）時需要將集總元件濾波電路變換為分布參數電路實現。在插入損耗法中，濾波器的響應是用插入損耗表征的。2、利用低通濾波器原型能夠變換到任意阻抗和任意頻率的低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器，變換包括阻抗變換和頻率變換兩個過程。低通濾波器原型是假定源阻抗為1和截止頻率為的歸一化設計。3、采用短截線方法，可以將集總元件濾波器變換為分布參數濾波器，其中理查德變換用于將集總元件變換為傳輸線段，科洛達規(guī)則可以將各個濾波器元件分隔。第20頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月二、計算公式1、插入損耗定義2、巴特沃斯低通濾波器原型其中K=1。當時，3、切比雪夫低通濾波器原型決定波紋高度，用表示；表示的是N次多項式。第21頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月4、低通濾波器原型變換為低通濾波器的阻抗變換和頻率變換例6.3若源電阻為，令變換后濾波器的元件值使用帶撇號的符號表示，有如下關系：(1為低通濾波器原型的源阻抗，為實際濾波器的源電阻。)5、理查德變換電感和電容用一段傳輸線等效時，傳輸線的長度選擇為，頻率，對應的理查德變換為適合將集總元件低通濾波器原型轉換為由傳輸線構成的低通濾波器，此時低通濾波器原型的電感值與終端短路傳輸線的歸一化特性阻抗值相等，低通濾波器原型的電容值與終端開路傳輸線的歸一化特性導納值相等。第22頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月終端短路的一段傳輸線可以等效為集總元件的電感，等效關系為終端開路的一段的傳輸線可以等效為集總元件的電容，等效關系為6、科洛達規(guī)則表6.6科洛達規(guī)則是利用附加的傳輸線段，得到在實際上更容易實現的濾波器。利用科洛達規(guī)則既可以將串聯短截