《微波電路》PPT課件.ppt

1、微波電路,主 講 ：王 斌 ,光電工程學(xué)院,1.傳輸線,傳輸線定義 能夠?qū)б姶挪ㄑ匾欢ǚ较騻鬏攲?dǎo)波系統(tǒng)。一般由兩根或兩根以上平行導(dǎo)體構(gòu)成，主模(最低模）是TEM橫電磁波或準(zhǔn)橫電磁波。電路理論和傳輸線理論之間的關(guān)鍵差別是電尺寸。 平行雙導(dǎo)線,1.傳輸線,同軸線,1.傳輸線,微帶線,1.傳輸線,傳輸線理論： 傳輸線理論又稱一維分布參數(shù)電路理論，是微波電路設(shè)計和計算的理論基礎(chǔ)。傳輸線理論在電路理論與場的理論之間起著橋梁的作用，在微波網(wǎng)絡(luò)分析中也相當(dāng)重要。,傳輸線有長線和短線之分。所謂長線是指傳輸線的幾何長度與線上傳輸電磁波的波長比值(電長度)大于或接近1，反之稱為短線。,長線,分布參數(shù)電路,短線,

2、集中參數(shù)電路,忽略分布參數(shù)效應(yīng),考慮分布參數(shù)效應(yīng),當(dāng)頻率提高到微波波段時，這些分布效應(yīng)不可忽略，所以微波傳輸線是一種分布參數(shù)電路。這導(dǎo)致傳輸線上的電壓和電流是隨時間和空間位置而變化的二元函數(shù)。,1.傳輸線,等效電路法 R,L,C和G描述。,平行雙導(dǎo)線的分割,1.傳輸線,等效電路法,同軸線的分割,1.傳輸線,等效電路法,一般等效電路表示法,優(yōu)點(diǎn)： 清楚，直觀的物理圖像；有助于標(biāo)準(zhǔn)化兩端網(wǎng)絡(luò)表示法；可用基爾霍夫電壓和電流定律分析；提供從微觀向宏觀擴(kuò)展的過程。,缺點(diǎn)： 忽略了邊緣效應(yīng)，不能分析電路元件的干擾；由磁滯效應(yīng)引起的非線性被忽略。,1.傳輸線,三種常用傳輸線結(jié)構(gòu)參量,1.傳輸線,一般傳輸線方

3、程,1.傳輸線,傳輸線方程的解,1.傳輸線,傳輸線的特性參量 傳輸線的特性參量主要包括：特性阻抗、傳播常數(shù)、相速和相波長、反射系數(shù)、輸入阻抗、駐波比和傳輸功率等。,對于無耗傳輸線模型,特性阻抗 這里的阻抗是以正向和反向行進(jìn)的電壓和電流波為基礎(chǔ)。,1.傳輸線,傳播常數(shù),對于低耗傳輸線有(無耗傳輸線,),無耗,相速和相波長 相速是指波的等相位面移動速度。 相波長定義為波在一個周期T內(nèi)等相位面沿傳輸線移動的距離。,1.傳輸線,反射系數(shù) 端接負(fù)載無耗傳輸線,電壓反射系數(shù) 開路 短路 匹配,1.傳輸線,輸入阻抗 傳輸線終端接負(fù)載阻抗ZL時，距離終端z處向負(fù)載方向看去的輸入阻抗定義為該處的電壓U (z)與

4、電流I (z)之比，即,1.傳輸線,輸入阻抗與反射系數(shù)的關(guān)系,1.傳輸線,駐波比,駐波比,1.傳輸線,端接負(fù)載無耗傳輸線,回波損耗及插入損耗,1.傳輸線,2.Smith圓圖,Smith圓圖 1939年， P.H.Smith為了簡化反射系數(shù)計算，開發(fā)了以保角映射原理為基礎(chǔ)的圖解方法，即Smith圓圖。Smith圓圖能夠在一個圖中簡單直觀地顯示傳輸線阻抗及反射系數(shù)。 理解： Smith圓圖實(shí)際上是(電壓)反射系數(shù)的極坐標(biāo)圖； 一種求解傳輸線問題的輔助圖形； 電阻圓和電抗圓是正交的。 用Smith圓圖思考，可以開發(fā)出關(guān)于傳輸線和阻抗匹配問題的直觀想象力。,2.Smith圓圖,反射系數(shù)的相量形式 負(fù)載

5、反射系數(shù)描述了特性阻抗和負(fù)載阻抗之間的阻抗失配度。 將 向 轉(zhuǎn)換是構(gòu)成Smith圓圖的關(guān)鍵組成部分。,2.Smith圓圖,歸一化阻抗公式 歸一化輸入阻抗z和反射系數(shù)存在一一對應(yīng)的關(guān)系，在阻抗平面上的一點(diǎn)必然能在平面上找到其對應(yīng)點(diǎn)。,2.Smith圓圖,阻抗平面到反射系數(shù)圓圖的映射(1),2.Smith圓圖,阻抗平面到反射系數(shù)圓圖的映射(2),上式為歸一化電阻的軌跡方程，當(dāng)r等于常數(shù)時，其軌跡為一簇圓；,電阻圓,半徑：,圓心坐標(biāo)：,r ，半徑 都與（1，0）相切 圓心都在正實(shí)軸上,單位圓,縮小為點(diǎn)(1,0),第二式為歸一化電抗的軌跡方程， 當(dāng)x等于常數(shù)時，其軌跡為一簇圓??；（|1）,電抗圓,半徑

6、：,圓心坐標(biāo)：,r ，半徑 圓心都在r=1直線上 都在（1，0）點(diǎn)與實(shí)軸相切,直線，對應(yīng)純電阻,縮小為點(diǎn)(1,0),2.Smith圓圖,映射圖形表示法-Smith圓圖,2.Smith圓圖,Smith圓圖,2.Smith圓圖,普通負(fù)載的阻抗變換分析 確定電路阻抗響應(yīng)，以預(yù)言RF/MW系統(tǒng)的性能。 過程： 1.歸一化負(fù)載阻抗 2.在Smith圓圖中確定zL位置 3.找出反射系數(shù) 4. 旋轉(zhuǎn) 獲得 5.記錄歸一化輸入阻抗 6.轉(zhuǎn)換到實(shí)際阻抗,反歸一,2.Smith圓圖,例2在 為50的無耗線上Zmin=0.2，電壓波節(jié)點(diǎn)距負(fù)載/3，求負(fù)載阻抗,向負(fù)載旋轉(zhuǎn),反歸一,2.Smith圓圖,例3 特性阻抗

7、，負(fù)載阻抗,求距負(fù)載0.24處輸入阻抗。,解： 歸一化負(fù)載阻抗,1） 其對應(yīng)向電源波長0.213,2) 旋轉(zhuǎn)0.24到,2.Smith圓圖,串聯(lián)電感,串聯(lián)電容,并聯(lián)電容,并聯(lián)電感,用Smith圓圖設(shè)計匹配網(wǎng)絡(luò),2.Smith圓圖,2.Smith圓圖,特殊變換分析開路線變換,為了獲得純感性或容性電抗，必須沿r=0的圓工作，從起始點(diǎn)=1順時針方向旋轉(zhuǎn)。,容性電抗,感性電抗,2.Smith圓圖,特殊變換分析開路線變換,通過開路傳輸線制造容性和感性電抗,2.Smith圓圖,特殊變換分析短路線變換,為了獲得純感性或容性電抗，必須沿r=0的圓工作，從起始點(diǎn)=-1順時針方向旋轉(zhuǎn)。,容性電抗,感性電抗,2.S

8、mith圓圖,特殊變換分析短路線變換,通過短路傳輸線實(shí)現(xiàn)容性和感性電抗,2.Smith圓圖,導(dǎo)納變換,由歸一化阻抗表達(dá)式經(jīng)過倒置，可得,在歸一化輸入阻抗表達(dá)式中用-1=exp(-j*pi)乘以反射系數(shù)，等效于在復(fù)平面上旋轉(zhuǎn)180,2.Smith圓圖,導(dǎo)納圓圖,將阻抗Smith圓圖旋轉(zhuǎn)180，得到導(dǎo)納Smith圓圖。,2.Smith圓圖,導(dǎo)納圓圖疊加圖形：ZY-Smith圓圖,ZY-Smith圓圖，把Z-Smith圓圖和Y-Smith圓圖疊合在一個圖形上,2.Smith圓圖,R和L元件的并聯(lián),2.Smith圓圖,R和C元件的并聯(lián),2.Smith圓圖,R和L元件的串聯(lián),2.Smith圓圖,R和C元件的串聯(lián),其它圓圖,Schimdt(施密特）圓圖 將極坐標(biāo)表示的 映射到用矩坐標(biāo)表示的z=r+jx或y=g+jb平面，即在z平面或y平面上畫出等 線及等 線，即Schimdt圓圖。 應(yīng)用Schimdt圓圖進(jìn)行阻抗或?qū)Ъ{求和運(yùn)算比較方便。,其它圓圖,Carter(卡特）圓圖 將極坐標(biāo)表示的 映射到 ，則成為Carter圓圖,即在 平