射频无源器件课件

Γ = 1, ρ = ∞, K = 0
可使用计算软件： 可使用计算软件
F:\cjq\u\Rf Tools\常用反射转换计算
1.08
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0.00
传输功率为 传输功率 :
1 P( z) = Re U( z) I ∗ ( z) 2
{
}
U ( z) 2 2 1 i ∗ = Re 1 − Γ ( z) + Γ ( z) − Γ ( z) 2 Z0
R=50*（3.16-1）/（3.16＋1）=26欧姆 R1=50* （2*3.16）/(3.162-1) ＝35欧姆
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Sep 2010
衰减器计算软件： 衰减器计算软件：
F:\cjq\u\rf tools2\衰减网络计算.
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回波损耗RL 0.00 0.92 0.94 3.10 4.44 6.02 7.96 10.46 13.98 20.00 20.92 21.94 23.10 24.44 26.02 27.96 30.46 33.98 40.00 ∞
驻波比SWR ∞ 19.00 9.00 5.67 4.00 3.00 2.33 1.86 1.50 1.22 1.20 1.17 1.15 1.13 1.11 1.06 1.04 1.02 1.00
Z in ( z ) =
U ( z) I ( z)
对给定的传输线和负载阻抗，线上各点的输入阻抗随至终端的距离l的不同而作周期(周期为)变化，且在一些特 殊点上，有如下简单阻抗关系：
Z in (l ) = Z L Z in (l ) = Z0 ZL
2
l=n
λ
2
(n = 0,1,2,L)
λ
4
l = ( 2n + 1)
通用射频无源电路设计
September 2010
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Sep 2010
馈 电 电 路
均 衡 器
滤 波 器
双 工 器
功 分 器
耦 合 器
衰 减 电 路
传 输 线
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Sep 2010
• • • • • • • •
目 录
1、耦合度 、
输入端“①”的输入功率P1 ，与耦合端的输出功率之比定义为耦合度c，如公式：
2、隔离度 、
输入端“①”的输入功率P1和隔离端“④”的输出功率P4之比定义为隔离度，记作I：
3、定向度 、
耦合端“③”的输出功率P3与隔离端“④”的输出功率P4之比定义为定向度，记作D：
4、输入驻波比 、 端口“②、 ③、 ④”都接匹配负载时的输入端口“①”的驻波比定义为输入驻波比，记作ρ： 5、工作带宽 、
三、T型衰减器的计算 T 与π型衰减器计算方法类似，设信号源的输出阻抗和负载阻抗均为R0，电压衰减倍数为 AT=Vin/Vout，R2=R3=R.最后的计算公式是： R=（AT－1）R0/（AT＋1） R1=2AT /（AT2-1）R0
例如：若输入输出阻抗为R0=50Ω，衰减为10dB的π型衰减器，计算如下： 20lgAT = 10dB 所以 AT 约等于 3.16
K=
U U
min max
=
I I
min max
=
1− Γ 1+ Γ
=
1
ρ
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传输线上反射波的大小，可用反射系数的模、驻波比 和行波系数三个参量来描述。
反射系数ρ 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01
负载阻抗与终端反射系数的关系：
Z L = Z0
1+ Γ L 1− Γ L
驻波比和行波系数: 驻波比和行波系数: 电压（或电流）驻波比ρ定义为传输线上电压（或电流）的最大值与最小值之比，即
ρ=
U U
max min
=
I ILeabharlann max min当传输线上入射波与反射波同相迭加时，合成波出现最大值；而反相迭加时出现最小值 :
I r ( z) I i ( z)
=−
A2 − j 2 β z e = −Γ u ( z) A1
ΓL
A2 j (φ 2 −φ 1 ) A2 = = e = Γ L e jφ L A1 A1
L −2 β
传输线上任一点反射系数与终端反射系数的关系：
Γ ( z) = Γ L e − j 2 β z = Γ L e j (φ
[
]
为了简便起见，一般在电压波腹点(最大值点)或电压波节点(最小值点)处计算传输功率，即 :
2
1 P( z ) = U 2
max
I
min
1 U max = K 2 Z0
在不发生击穿情况下，传输线允许传输的最大功率称为传输线的功率容量
1 U br Pbr = K 2 Z0
2
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conductor Dielectric constant GND
2、同轴线：同轴电缆是指有两个同心导体，而导体和屏蔽层又共用同一轴心的电缆
同轴电缆可分为两种基本类型,基带同轴电缆和宽带同轴电缆。 目前基带常用的电缆,其屏蔽线是用铜做成的网状的,特征阻抗为50(如RG-8、RG-58等); 宽带同轴电缆常用的电缆的屏蔽层通常是用铝冲压成的,特征阻抗为75(如RG-59等)。
特性阻抗定义为传输线上入射波电压Ui (z)与入射波电流Ii (z)之比，或反射波电压Ur (z)与反射波电流Ir 特性阻抗 (z)之比的负值，即 ：
Z0 = U i ( z) I i ( z) =− U r ( z) I r ( z) = R0 + jωL0 G0 + jωC0
相速是指波的等相位面移动速度。 相速 入射波的相速为： dz ω
vp =
dt
=
β
对于微波传输线：
vp =
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Sep 2010
1 L0 C0
相波长定义为波在一个周期T内等相位面沿传输线移动的距离。即 ： 相波长
λ p = v pT =
vp f
=
ω β
f
=
2π
β
输入阻抗：传输线终端接负载阻抗ZL时，距离终端z处向负载方向看去的输入阻抗定义为该处的电压U (z)与电流 输入阻抗 I (z)之比，即：
输入阻抗与反射系数间的关系：
z)
= Γ L e jφ
I ( z)
I i ( z )[1 − Γ ( z )]
1 − Γ ( z)
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Sep 2010
Z in ( z ) =
U ( z)
=
U i ( z )[1 + Γ ( z )]
= Z0
1 + Γ ( z)
Sep 2010
衰减电路
衰减器原理,用途及设计 衰减器原理 用途及设计 主要用途： 主要用途： 1）调整电路中信号的大小； 2）改善阻抗匹配，若某些电路要求有一个比较稳定的负载阻抗时，则可在此电路与实际负载阻抗 之间插入一个衰减器，能够缓冲阻抗的变化。 通常，衰减器接于信号源和负载之间，衰减器是由电阻元件组成的四端网络，它的特性阻抗、衰 减都是与频率无关的常数，相移等于零。
反射系数距终端z处的反射波电压Ur(z)与入射波电压Ui(z)之比定义为该处的电压反射系数Γu(z)，即： 反射系数
A2 e − jβ z A Γ u ( z) = = = 2 e − j2β z U i ( z ) A1e − jβ z A1
电流反射系数：
U r ( z)
Γ i ( z) =
终端反射系数 ：
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Sep 2010
• 公司所用衰减电路大多为电阻衰减，这里主要介绍电阻衰减电路。 电阻衰减有两种主要电路形式：π型和T型 如下图所示：
一、电阻衰减器必须遵守以下原则： A．阻抗匹配，不然就会形成驻波或反射，影响测量准确度。对衰减器输入而言，输入阻抗要与信 号源的输出阻抗匹配；对衰减器输出而言，输出阻抗要与负载阻抗匹配。由于射频功率衰减器 一般不需要进行阻抗变换，所以，输入阻抗、输出阻抗、负载阻抗和信号源输出阻抗都相等。 B. 衰减量符合要求，电压衰减20lgAT=20lg(Vin/Vout) (dB) 或功率衰减10lgATP=10lg(Pin/Pout) (dB) 符合所要求的衰减值，因为功率P=V2/R ， 由于输入阻抗等于输出阻抗，所以， 10lgATP=10lg(Pin/Pout)=10lg(Vin2/Vout2)=20lg(Vin/Vout)=20lgAT，因此电压衰减的分贝 数（dB）与功率衰减的分贝数（dB）是一致的。根据衰减的分贝数（dB）可求出电压衰减的倍 数AT
例如：若输入输出阻抗为R0=50Ω，衰减为10dB的π型衰减器，计算如下： 20lgAT = 10dB 所以 AT 约等于 3.16
R=50*（3.16+1）/（3.16-1）=96欧姆 R1=50*(3.162-1) /2*3.16＝71欧姆
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Sep 2010
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Sep 2010
•
二、传输线特征阻抗 传输线特征阻抗 传输线的特性参量主要包括：传播常数、特性阻抗、相速和相波长、输入阻抗、反射系数、驻波比(行波系 数)和传输功率等。
传播常数γ一般为复数，可表示为：
γ =
( R0 + jωL0 )(G0 + jωC0 ) = α + jβ
Sep 2010 Confidential Information
二、π型衰减器的计算 π 设信号源的输出阻抗和负载阻抗均为R0，电压衰减倍数为AT=Vin/Vout，Vin和Vout分别为衰减 器的输入电压和输出电压，R2=R3=R。最后的计算公式是：
R=（AT+1）R0/（AT-1） R1=(AT2-1)R0/2AT
传输线
一、公司常用的两种传输线： 1、微带线：微带线是一根带状导(信号线)．与地平面之间用一种电介质隔离开。线的厚度、宽度以及与地平
面之间的距离是可控制的，所以它的特性阻抗也是可以控制的。 两个主要作用： A、是它把高频信号能进行较有效地传输； B、是与其他固体器件如电感、电容等构成一个匹配网络， 使信号输出端与负载很好的匹配；
Sep 2010
耦合器
• 在微波系统中, 往往需将一路微波功率按比例分成几路, 这就是功率分配问题。实现这一功能 的元件称为功率分配元器件, 主要包括: 定向耦合器、 功率分配器以及各种微波分支器件。 定向耦合器是一种具有定向传输特性的四端口元件, 它是由耦合装置联系在一起的两对传输系 统构成的。 如图下页图所示。 图中“①、 ②”是一条传输系统, 称为主线；“③、④”为另一条传输系统, 称为副线。耦合装置的耦合方式有许多种, 一般有孔、分支线、耦合线等, 形成不同的定向耦合 器。
Sep 2010
0≤ Γ ≤1 反射系数模的变化范围为: 驻波比的变化范围为 : 1≤ ρ ≤ ∞ 行波系数的变化范围为: 传输线的工作状态一般分为三种：
(1)行波状态:
0≤ K ≤1
Γ = 0, ρ = 1, K = 1
(2)行驻波状态:
0< Γ <1
(3)驻波状态 :
1< ρ < ∞
0< K <1
•
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定向耦合器的原理图
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Sep 2010
定向耦合器的性能指标
定向耦合器是四端口网络,如上图端口“①”为输入端, 端口“②”为直通输出端, 端口“③”为耦合输出端, 端口 “④”为隔离端, 并设其散射矩阵为［S］。描述定向耦合器的性能指标有: 耦合度、隔离度、 定向度、输入 驻波比和工作带宽。下面分别加以介绍。
U U
驻波比与反射系数的关系式为 :
max min
= U i + U r = U i (1 + Γ ) = U i − U r = U i (1 − Γ )
ρ=
U U
max min
=
1+ Γ 1− Γ
Γ =
ρ −1 ρ +1
Sep 2010
行波系数K定义为传输线上电压（或电流）的最小值与最大值之比，故行波系数与驻波比互为倒数 :
(n = 0,1,2,L)

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Sep 2010
1、传输线上距负载为半波长整数倍的各点的输入阻抗等于负载阻抗； 2、距负载为四分之一波长奇数倍的各点的输入阻抗等于特性阻抗的平方与负载阻抗的比值； 3 、Z0为实数，ZL为复数负载时，四分之一波长的传输线具有变换阻抗性质的作用。