射频电路与天线课件

Research Institute of RF & Wireless Techniques
South China University of Technology
网络思想的应用
利用网络思想
可以方便地研 究射频电路。 参考面一定要 选在传输线中 高次模完全消 失的地方。否 则，不仅网络 关系描述不正 确，还可能遗 漏不连续性间 的耦合。
射频电路与天线（一）
RF Circuits and Antennas
第 9讲
网络基础
褚庆昕
华南理工大学电子与信息学院 天线与射频技术研究所 TEL: 22236201-601 Email:qxchu@
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9.1 从射频电路引出网络思想
微带射频放大器
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U Z I
矩阵 Z 称为阻抗矩阵，反映了网络电流与电
压的关系，但只与网络自身有关，与激励和 响应无关。
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Z矩阵单元的物理意义：
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矩形波导中有不连续性-膜片和销钉时，波传
播的动态场。
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f = 9.0GHz
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矩形波导中有不连续性-膜片和销钉时，波传
播的动态场。
射频电路的建模本质上就是电磁场问题，
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所以最基本的方法就是求解电磁场方程。
但是，在整个电路范围内求解电磁场方程
非常复杂，难以工程应用。
为此，发展了微波网络方法：将射频电路
分解为传输线和不连续性的组合，然后对 传输线和不连续性分别建模。
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矩形波导中有不连续性-膜片时，波传播的动
态场。
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f = 9.0GHz
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不连续性区域建模：以网络的观点，不连续性 区域可以看作连接传输线的网络。在传输线上 适当位置，选取参考面，不连续性区域就可以 等效为一多端口网络。
T2
T2
传输线
T1
不连续性
参 T1 考 面
Tn
网络
Tn
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射频电路=传输线+不连续性
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传输线 传输线
不连续性2
传输线 传输线
不连续性1
传输线
不连续性n
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第9讲内容
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从射频电路引出网络思想
不连续性的处理 网络矩阵
教材P108-120
Z矩阵（阻抗矩阵） Y矩阵（导纳矩阵）
双端口网络的A矩阵（转移矩阵） S矩阵（散射矩阵） 双端口网络的t矩阵（传输矩阵）
1 diag , Z c1 z i
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个端口的激励所产生的响应线性叠加而成， 依照这一原理，根据激励量选择的不同， 可以定义各种各样的网络参量矩阵。
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9.3.1 Z矩阵–阻抗矩阵
取各端口上的电流为激励，则各端口上的响
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网络思想
网络的思想 — “黑箱思想” 不管不连续性区域内部的构成怎样，统 一的看成一个“黑箱”。通过“黑箱” 各端口上激励与响应之间的关系表征 “黑箱”的特性。 网络的表现形式 网络矩阵 集总等效电路 确定网络参量的方法 场方法 测量方法
f = 6.6GHz
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微带中有不连续性时，波传播的动态场。
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f = 5.2GHz 开路支节长g/4
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传输线建模－双线
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单模传输
Zc,
m模传输
Zc1, 1 Zc2, 2
Zcn, n
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电磁场唯一性定理
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如果给定一个封闭面上的切向电场或切向磁
场，则内部区域中的电磁场唯一确定。
只需给定参考面上的切向电场或切向磁场，
则不连续性区域中的场唯一给定。
给定每个端口上电压（对应端口的切向电场）
或电流（对应端口的切向磁场） （激励）， 共n个量，则端口上其余的n个电流或电压 （响应）就唯一确定了。
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电磁场叠加原理
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对于线性媒质， Maxwell 方程是线性的，
场量满足叠加原理，即总的场可以由各个 部分的场叠加而成。
对应到各个端口，某一端口的响应是由各
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代入阻抗矩阵表达式
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u [ diag diag
U 1 1 ， ， Z I Z c1 Z cn 1 1 ， ， Z c1 Z cn 1 , Z cn 1 , Z diag Z c1 1 , Z cn i
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传输线建模：把传输线等效为双线，用特征
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参数 - 特性阻抗和传播常数表征。单模传输 线等效为一条双线， m模传输线等效为 m条 传输线。 不连续性建模：可以采用集总等效电路模型， 也可以采用网络矩阵表征。 于是，通过建模，射频电路等效为由传输线 和不连续性网络构成的电路。射频电路就可 以采用电路理论分析和设计，“场方法”转 化为“路方法”。 网络方法的思想：化繁为简、化整为零、各 个击破、整体连接。把复杂的三维电磁场问 题转变为一维电路问题。
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9.3 网络矩阵
不连续性可等效为网络来处理，利用网络
的激励 —响应关系来描述网络的性质。对 于无源线性网络而言，激励/响应关系是一 线性关系，可以用矩阵表示。 考虑一不连续性区域，具有n条传输线相连。 各传输线均符合单模传输条件。在各传输 线中离不连续性足够远的地方选取参考面 作为端口，使不连续性引起的非传输型高 次模在参考面上消失掉，从而保证了端口 上只有单模传输。
参考面选取原则
参考面的选取有一定的任意性，但选定之后 便不能再随意改变。因为不同的参考面对应 的等效网络是不一样的。这是由于传输线中 波的波动性造成的。 选取参考面的原则
参考面应离不连续性足够远，以使不连 续性引起的高次模在参考面上消失掉； 参考面必须与传播方向垂直，以使场的 横向分量落在参考面上。
应电压是各电流激励的结果的叠加。
U1 Z11 I1 Z12 I 2 Z1n I n U Z I Z I Z I 2 21 1 22 2 2n n U n Z n1 I1 Z n 2 I 2 Z nn I n