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《《微波器件原理与芯片设计方法微波器件原理与芯片设计方法》》————基础知识基础知识东南大学毫米波国家重点实验室陈墨2009-9-3022、基础知识、基础知识--SmithSmith圆图圆图3Smith圆图的基本构成反射系数Γ为基底()22()exp2jzjlLLLzeejlββθβ−Γ=Γ=Γ=Γ−⎡⎤⎣⎦zλΔ1、在无耗传输线中,|Γ|是系统的不变量。4Smith圆图的基本构成5电压驻波比ρ()()()222222111111rirrrrirr−Γ+Γ−Γ+Γ==−Γ−Γ+Γ−Γ=1111LrLrρ+Γ+Γ==−Γ−Γ0,0irΓ=Γ2、电压波腹点的规一化电阻轨迹,数值等于电压驻波比ρ;电压波腹点→反射系数复平面的正实轴ABA点:负载对应的反射系数;B点:传输线上,电压波腹点的反射系数;电压波腹点B对应的电阻数值等于电压驻波比ρ6导纳圆图同时包含阻抗和导纳圆图;两套刻度;可以直接读出导纳值;7导纳圆图阻抗反演——导纳ZY直接将阻抗圆图用作导纳圆图:一套刻度;8[例2]已知阻抗,求反射系数和ρZj=+1ΓSmith圆图的应用1、r=1的等电阻圆和x=1的等电抗圆的交点;2、读出反射系数的幅度和相位;Γ√3、过该点的等反射系数圆与正实轴的交点,即电压波腹点对应反射系数;4、电压波腹点对应电阻值,即为电压驻波比;ρ√11122.61251LLLLLZjjZjρ+Γ−+Γ=====++−Γ%%9[例3]已知,求ZjZl=+=10050500,l=024.λZin步骤:1、阻抗归一化Zjl=+21Smith圆图的应用Zjin=−024025..ZZZjinin==−021125.Ω5、反归一化:2、利用等电阻圆和等电抗圆标定Γ;3、沿等反射系数圆向信号源方向转过0.24λ;4、利用过该反射系数点的等电阻源和等电抗圆,得到输入阻抗()000tgtgLinLZjZlZzZZjZlββ+=+利用传输线阻抗方程进行计算:10[例4]在为50Ω的无耗线上ρ=5,电压波节点距负载λ/3,求负载阻抗Z0Zl0.771.48LZj=+038.574LLZZZj==+ΩSmith圆图的应用步骤:1、在实轴上过r=5的点,画等反射系数圆;2、由等反射系数圆与负实轴交点出发,向负载方向转过λ/3;3、利用过该反射系数点的等电阻源和等电抗圆,得到负载阻抗。4、反规一化11[例4]在为50Ω的无耗线上ρ=5,电压波节点距负载λ/3,求负载阻抗Z0ZlSmith圆图的应用1、电压波节点距负载λ/3;电压波腹点距离负载λ/12;2、ρ=5,即电压波腹点对应规一化阻抗为5;()()000tgtg50tg6550tg6inLinLLLZzZjZlZzZZjZlZjjZββππ+=+++==33、基础知识、基础知识-阻抗匹配-阻抗匹配ImpedanceMatching13匹配网络特性系统中各级电路匹配的重要性:•信号传输效率;•信号发生畸变;(反射信号叠加)•系统工作稳定性;(反射信号影响前级电路,导致自激,引起振荡)EZinZgZlZin匹配网络mathingNet14匹配网络特性选择匹配网络的原则:•可实现性:元件的极大值和极小值难以实现•复杂性:结构简单,易于加工•带宽•可调性•成本方法:在传输线与负载之间加入匹配网络。按照器件应用要求,实现阻抗匹配;以及滤波、馈电等附加功能:对匹配网络的要求:无耗(由电抗元件构成);接入传输线时应尽可能靠近负载;15¾串联电感→正电抗将导致负载沿着等电阻圆顺时针移动;¾串联电容→负电抗将导致负载沿着等电阻圆逆时针移动;¾并联电感→负电纳将导致负载沿着等电导圆逆时针移动;¾并联电容→正电纳将导致负载沿着等电导圆顺时针移动。对于频率较低的网络,采用集总元件进行阻抗匹配集总元件匹配网络16L型匹配网络17L型匹配网络18L型匹配网络AB并联电容O串联电容类型Ⅰ:类型Ⅱ:112222XfLBfCfCfLππππ==−==−ABO串联电容并联电容19L型匹配网络OABCD区域A:电导g1;(一种匹配电路结构)OABC串联电感串联电容并联电感并联电容起点A:g1;¾路径1:A→B→OA→B:将A沿等电阻圆图转至g=1的等电导圆;(电抗增加→串联电感)B→O:电纳为负,补充正电纳→并联电容;¾路径2:A→C→O20L型匹配网络OABCD区域B:电阻r1;串联电容串联电感ABC并联电感并联电容O21L型匹配网络2LZj=+区域B:电阻r1;例:A点对应;方案一:并联的电纳(电感),,串联的电抗(电容)2LZj=+0.40.2LYj=−0.3jBj=−0.40.5LYj=−11.2LZj=+1.2jXj=−串联电容串联电感ABC并联电感并联电容O112222XfLBfCfCfLππππ==−==−22L型匹配网络2LZj=+区域B:电阻r1;例:A点对应;(参考P.192例题)方案二:并联的电纳(电容),,串联的电抗(电感)2LZj=+0.40.2LYj=−0.7jBj=0.40.5LYj=+11.2LZj=−1.2jXj=串联电容串联电感ABC并联电感并联电容O112222XfLBfCfCfLππππ==−==−23区域C(D):AB并联电容O串联电容AB并联电容O串联电感L型匹配网络24ABO串联电容ABO串联电容并联电感并联电容区域C(D):L型匹配网络25信号源的匹配:信号源的匹配26由信号源传输至负载的功率可以表示为:信号源的匹配()()()22211Re22ininingingingRPVIVRRXX∗==+++()2122124ginggggRZZPVRX=⇒=+221124ingggZZPVR∗=⇒=¾无反射匹配¾共轭匹配21PP≥27Z0Z0Z=Rll`l/4匹配区外匹配区匹配段14λ微带匹配网络-电阻性负载匹配20inLZZZ′=00LZZZ′=⇒注意:只有匹配区才无反射波。28电抗性负载匹配1.单枝节匹配——并联短截线(微带电路中常用)匹配对象:任意负载调节参数:枝节距负载距离d和枝节长度lZRjZlll=+ldYBin`=1+jYin=1YBin``=-jYBll=+Gl29[例1]Z0=50Ω的无耗传输线,接负载Zl=25+j75Ω采用并联单枝节匹配ir00.00.60.4120.3080.192匹配圆向电源ZlY1`Y1Yl1.负载归一化2.采用导纳计算(对应0.412)0.51.5lZj=+0.20.6lYj=−Yl并联短截线303.将向电源(顺时针)旋转,与匹配圆(g=1)相交两点4.求出枝节位置Yl12.2(0.192)12.2(0.308)llYjYj=+′=−12(0.50.412)0.1920.0880.1920.280()(0.50.412)0.3080.0880.3080.396()ddλλ=−+⎧⎪=+=⎪⎨=−+⎪⎪=+=⎩ldYBin`=1+jYin=1YBin``=-jYBll=+Gl并联短截线ir00.00.60.4120.3080.192匹配圆向电源ZlY1`Y1Yl315、短路枝节长度由于短路表示,且是电抗,所以要看单位外圆,如下图所示。ir00.0向电源l2l10.1820.3180.25Y1`Y1YlYl=∞ldYBin`=1+jYin=1YBin``=-jYBll=+Gl120.3180.250.068()0.250.1820.732()llλλ=−=⎧⎨=+=⎩√√并联短截线326、开路枝节长度ir00.0向电源l2l10.1820.3180.25Y1`Y1Yl并联短截线并联短截线设计原则:选择传输线和短截线较短的设计值,有利于展宽带宽。(参考P.196页的例题)由开路点出发,则l1的长度大于l2,不能获得最佳设计值;33其他短截线YbY3YaY1YlY2Y4l2l1d=81l¾串联短截线:¾双短截线:微带电路中较难实现;可用做中间设计手段。特点:可调节;存在匹配死区;一般采用同轴线实现;34作业作业11一个无耗传输线特征阻抗为50,若传输线上的驻波比为1.5:(1)求负载阻抗的可能值。(2)在圆图上标识出该负载阻抗的大致位置,并绘出可能的匹配路径。44、基础知识、基础知识-微波网络-微波网络36微波网络微波网络37导纳矩阵导纳矩阵38导纳矩阵导纳矩阵39导纳矩阵导纳矩阵40阻抗矩阵阻抗矩阵41阻抗矩阵阻抗矩阵42阻抗矩阵阻抗矩阵43传输(传输(ABCDABCD)矩阵)矩阵ABCD矩阵44散射矩阵-S参数矩阵散射矩阵(散射矩阵(SS参数矩阵)参数矩阵)45散射矩阵(散射矩阵(SS参数矩阵)参数矩阵)46矢量网络分析仪进行测量散射矩阵(散射矩阵(SS参数矩阵)参数矩阵)47矢量网络分析仪进行测量散射矩阵(散射矩阵(SS参数矩阵)参数矩阵)48微波网络分类微波网络分类¾线性(无源器件、小信号工作状态下的有源器件)与非线性¾可逆(无有源器件、铁氧体和等离子体)与非可逆¾有耗与无耗¾对称与非对称49散射矩阵的应用散射矩阵的应用50散射矩阵的应用散射矩阵的应用51散射矩阵的应用散射矩阵的应用52散射矩阵的应用散射矩阵的应用53本章内容小结本章内容小结54下节课内容下节课内容微波无源器件:
本文标题:微波基础知识-smith圆图
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