第2章_射频与微波基础知识V2013.ppt

L型匹配网络 由两个电抗元件组成； 窄带网络，带有滤波特性； 两种情况分析： L型匹配网络 L型匹配网络 L型匹配网络举例 L型匹配网络举例 L型匹配问题 问题2：采用L型结构匹配负载阻抗ZL=RL+jXL到Zs=Rs+jXs。求解参数解析方法以及适用范围。 Pi和T型匹配网络举例 L型匹配网络的缺点：当Rs和RL确定了之后，Q值就确定了，无法调整滤波特性。如果要调整Q值，选用Pi和T型电路来匹配。 Pi匹配网络计算 Pi匹配网络计算 Pi型网络的优点：各节点的寄生电容可以被完全利用。 Pi型匹配网络举例 二端口参数的问题所在 散射Ｓ参数 散射Ｓ参数 散射Ｓ参数 端口1处有： 端口2处有： 散射Ｓ参数定义 Ｓ参数测量 二端口参数的相互转化 Smith圆图 Smith圆图的作用 解决传输线以及阻抗匹配问题； 寻找最大功率传输的匹配网络； 优化噪声系数； 确定品质因数； 稳定性分析。 Smith圆图的理论基础 反射系统的定义 反射系统分为实部和虚部，或者用极坐标表示。 Smith圆图的理论基础 归一化的变换 史密斯圆图来源 的核心公式。 Smith圆图的理论基础 阻抗和反射系数平面上的点存在一一对应的关系。 Smith圆图的理论基础 等电阻圆： 等电抗圆： Smith阻抗圆图 等电阻圆和等电抗圆叠加在一起。 圆图中每一个反射系数点唯一对应一个阻抗值； 圆图中某一点P以原点为对称的点对应的值为P阻抗的导纳； Smith导纳圆图 根据 Smith圆图变化轨迹 串联电容电感： 并联电容电感： 等电阻圆 等电导圆 Smith圆图频响曲线 理想电感，实部为0，感抗为正数。 理想电容，实部为0，容抗为负数。 RLC并联谐振电路： RLC串联谐振电路： Q值与Smith圆图 不同的Q值在smith圆图上对应的圆图，称为等Q曲线。 Q值与Smith圆图 等Q曲线示意图 Smith圆图的应用总结 读取阻抗和导纳； 读取反射系数和驻波比； 设计阻抗和传输线匹配网络； 设计射频放大器； 设计射频振荡器。 阻抗匹配技术 阻抗匹配的作用 信号源获取最大的功率---输入阻抗等于源阻抗的共轭； 向负载传输最大的功率---输出阻抗等于负载阻抗的共轭； 获取最小的噪声系数-----输入端匹配网络的输出阻抗应等于最小噪声系数对应的源阻抗； 滤波器和选频回路表现出最佳性能----匹配网络的阻抗和滤波器相应阻抗相等。 阻抗匹配技术 阻抗匹配的类型 集中参数阻抗匹配器； 分布参数阻抗匹配器； 宽带阻抗匹配器； 窄带阻抗匹配器----阻抗匹配和滤波性能。 复数阻抗间的功率传输 复数阻抗间的功率传输 输入功率的表达式为： 当Pin最大的时候，表示最大的功率传输。 并令其偏导数都为0。 复数阻抗间的功率传输 资用功率： 复数阻抗间的反射系数 反射系数定义为反射电压波与入射电压波的比值 入射电压等于在没有反射电压情况下的输入电压。 在当前情况下，输入电压等于反射电压和入射电压之和。 复数阻抗间的反射系数 反射系数为 整理后得出： 方程计算设计阻抗匹配 串并联支路的阻抗转换： 输入阻抗相等： 方程计算设计阻抗匹配 串并联支路的Q值相等： 方程计算设计阻抗匹配 电容部分接入阻抗变换： 方程计算设计阻抗匹配 其中： Q值 方程计算设计阻抗匹配 微波单片集成电路 * 本章内容 传输线理论； 二端口网络基础； S参数分析； Smith圆图； 阻抗匹配技术。 传输线理论 分布参数（distributed）与集总(Lumped)参数； 环路电压和节点电流定律在任何时候都满足； 任何电路、元器件、连接线本质上都是分布系统， 某些条件下分布特性忽略，用集总参数分析最简化。比如微积分变成加减乘除四则运算。 对一条长度为L的传输线和波长为Lammda的信号， 当L0.1*Lammda,可以用集总参数处理； 当L0.1*Lammda,可以用分布参数处理； 传输线理论 IC设计中的传输线知识重点； 当频率很低时，比如1GHz，空气波长为30cm，而芯片的尺寸为mm级别，则芯片内部设计不需要考虑分布参数。 当频率提高到一定程度，芯片内部存在较长的连线，此时IC设计需要考虑传输线理论。 IC与外界相连接（包含测试与实际系统应用），都需要采用传输线。 传输线是高频现象，是理解所有高频电路的基础与重点。 传输线理论 抽象的传输线模型 传输线由一根信号线和地（线或者面）组成； 电磁波将沿信号线传输并主要被限制在信号线和地之间。 现实中的传输线 实际电路中的传输线：同轴电缆、平行双线、微带线、共面波导等。 传输线实物1 传输线电路模型 电阻、电感、电导和电容必须用单位长度上传输线具有的参数： R单位为 Ohm/m； L单位为 H/m； G单位为 S/m； C单位为 F/m； 无损耗传输线分析