射频电路与天线课件
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Research Institute of RF & Wireless Techniques
South China University of Technology
South China University of Technology
Research Institute of RF & Wireless Techniques
f = 6.6GHz
Research Institute of RF & Wireless Techniques
微带中有不连续性时，波传播的动态场。
South China University of Technology
f = 5.2GHz 开路支节长g/4
Research Institute of RF & Wireless Techniques
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。
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
Research Institute of RF & Wireless Techniques
电磁场叠加原理
South China University of Technology
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
Research Institute of RF & Wireless Techniques
9.1 从射频电路引出网络思想
微带射频放大器
South China University of Technology
Research Institute of RF & Wireless Techniques
1 diag , Z c1 z i
Research Institute of RF & Wireless Techniques
归一化Z矩阵
归一化电压和电流定义为
South China University of Technology
ui U i / Z ci ii I i Z ci
引入归一化电压和电流后
传输功率不变： 1 * 1 * P UI ui 2 2 归一化阻抗无量纲 u U Z Z i IZ c Z c
Research Institute of RF & Wireless Techniques
South China University of Technology
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
Research Institute of RF & Wireless Techniques
传输线建模：把传输线等效为双线，用特征
South China University of Technology
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。
Research Institute of RF & Wireless Techniques
射频电路=传输线+不连续性
South China University of Technology
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
Research Institute of RF & Wireless Techniques
Research Institute of RF & Wireless Techniques
代入阻抗矩阵表达式
South China University of Technology
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
South China University of Technology
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 来自百度文库 面
Tn
网络
Tn
Research Institute of RF & Wireless Techniques
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@scut.edu.cn
Research Institute of RF & Wireless Techniques
电磁场唯一性定理
South China University of Technology
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。
South China University of Technology
f = 12.0GHz
Research Institute of RF & Wireless Techniques
微带中有不连续性时，波传播的动态场。
South China University of Technology
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。
9.2 不连续性的处理
当波从一传输线入射到一不连续性区域时，
South China University of Technology
一部分反射回传输线，其余部分通过不连续 性区域传输到其他传输线。 同时在不连续性区域激发出高次模，这些高 次模在传输线中为截止波，所以很快衰减掉。 这样在不连续性附近就形成了一个能量存储 区，相当于电抗元件。
Ui Z ii Ii
Ii 0,所有其他电流为0
表示除端口i外，所有其他端口开路时，端口
i的输入阻抗（也称自阻抗）；
Ui Z ij Ij
I j 0 ,所有其他电流为0
表示除端口j外，所有其他端口开路时端口j
到端口i 的转移阻抗（也称互阻抗）。
Research Institute of RF & Wireless Techniques
射频电路的建模本质上就是电磁场问题，
South China University of Technology
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。
矩形波导中有不连续性-膜片和销钉时，波传
播的动态场。
South China University of Technology
f = 9.0GHz
Research Institute of RF & Wireless Techniques
矩形波导中有不连续性-膜片和销钉时，波传
播的动态场。
Research Institute of RF & Wireless Techniques
传输线建模－双线
South China University of Technology
单模传输
Zc,
m模传输
Zc1, 1 Zc2, 2
Zcn, n
Research Institute of RF & Wireless Techniques
第9讲内容
South China University of Technology
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）
Research Institute of RF & Wireless Techniques
South China University of Technology
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。
Research Institute of RF & Wireless Techniques
矩形波导中有不连续性-膜片时，波传播的动
态场。
South China University of Technology
f = 9.0GHz
Research Institute of RF & Wireless Techniques
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。
Research Institute of RF & Wireless Techniques
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
South China University of Technology
射频电路的组成
射频电路是由传输线与基本元器件组成。
South China University of Technology
集总元器件：贴片电阻、电容、电感，半导
体器件，如二极管和晶体管等。
分布元件：由传输线组成的元件。 相对于传输线，基本元器件就是不连续性。
所以任何射频电路都可以看作是由若干传输 线和不连续性区域构成的。
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。
Research Institute of RF & Wireless Techniques
Z矩阵单元的物理意义：
South China University of Technology
South China University of Technology
South China University of Technology
Research Institute of RF & Wireless Techniques
f = 6.6GHz
Research Institute of RF & Wireless Techniques
微带中有不连续性时，波传播的动态场。
South China University of Technology
f = 5.2GHz 开路支节长g/4
Research Institute of RF & Wireless Techniques
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。
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
Research Institute of RF & Wireless Techniques
电磁场叠加原理
South China University of Technology
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
Research Institute of RF & Wireless Techniques
9.1 从射频电路引出网络思想
微带射频放大器
South China University of Technology
Research Institute of RF & Wireless Techniques
1 diag , Z c1 z i
Research Institute of RF & Wireless Techniques
归一化Z矩阵
归一化电压和电流定义为
South China University of Technology
ui U i / Z ci ii I i Z ci
引入归一化电压和电流后
传输功率不变： 1 * 1 * P UI ui 2 2 归一化阻抗无量纲 u U Z Z i IZ c Z c
Research Institute of RF & Wireless Techniques
South China University of Technology
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
Research Institute of RF & Wireless Techniques
传输线建模：把传输线等效为双线，用特征
South China University of Technology
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。
Research Institute of RF & Wireless Techniques
射频电路=传输线+不连续性
South China University of Technology
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
Research Institute of RF & Wireless Techniques
Research Institute of RF & Wireless Techniques
代入阻抗矩阵表达式
South China University of Technology
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
South China University of Technology
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 来自百度文库 面
Tn
网络
Tn
Research Institute of RF & Wireless Techniques
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@scut.edu.cn
Research Institute of RF & Wireless Techniques
电磁场唯一性定理
South China University of Technology
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。
South China University of Technology
f = 12.0GHz
Research Institute of RF & Wireless Techniques
微带中有不连续性时，波传播的动态场。
South China University of Technology
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。
9.2 不连续性的处理
当波从一传输线入射到一不连续性区域时，
South China University of Technology
一部分反射回传输线，其余部分通过不连续 性区域传输到其他传输线。 同时在不连续性区域激发出高次模，这些高 次模在传输线中为截止波，所以很快衰减掉。 这样在不连续性附近就形成了一个能量存储 区，相当于电抗元件。
Ui Z ii Ii
Ii 0,所有其他电流为0
表示除端口i外，所有其他端口开路时，端口
i的输入阻抗（也称自阻抗）；
Ui Z ij Ij
I j 0 ,所有其他电流为0
表示除端口j外，所有其他端口开路时端口j
到端口i 的转移阻抗（也称互阻抗）。
Research Institute of RF & Wireless Techniques
射频电路的建模本质上就是电磁场问题，
South China University of Technology
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。
矩形波导中有不连续性-膜片和销钉时，波传
播的动态场。
South China University of Technology
f = 9.0GHz
Research Institute of RF & Wireless Techniques
矩形波导中有不连续性-膜片和销钉时，波传
播的动态场。
Research Institute of RF & Wireless Techniques
传输线建模－双线
South China University of Technology
单模传输
Zc,
m模传输
Zc1, 1 Zc2, 2
Zcn, n
Research Institute of RF & Wireless Techniques
第9讲内容
South China University of Technology
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）
Research Institute of RF & Wireless Techniques
South China University of Technology
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。
Research Institute of RF & Wireless Techniques
矩形波导中有不连续性-膜片时，波传播的动
态场。
South China University of Technology
f = 9.0GHz
Research Institute of RF & Wireless Techniques
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。
Research Institute of RF & Wireless Techniques
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
South China University of Technology
射频电路的组成
射频电路是由传输线与基本元器件组成。
South China University of Technology
集总元器件：贴片电阻、电容、电感，半导
体器件，如二极管和晶体管等。
分布元件：由传输线组成的元件。 相对于传输线，基本元器件就是不连续性。
所以任何射频电路都可以看作是由若干传输 线和不连续性区域构成的。
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。
Research Institute of RF & Wireless Techniques
Z矩阵单元的物理意义：
South China University of Technology