微波電路CAD-重慶郵電大學(xué)-6

微波電路CAD主講：王斌wangbin1@.c/p>

光電工程學(xué)院6.微波網(wǎng)絡(luò)分析阻抗：場(chǎng)理論和傳輸線或電路理論之間的紐帶。

回憶特性阻抗首先在19世紀(jì)由亥維賽用來(lái)描述含有電阻器、電感器和電容器的交流電路中的復(fù)數(shù)比V/I。20世紀(jì)30年代，謝昆諾夫認(rèn)為阻抗的概念可以推廣到電磁場(chǎng)，可以看做是場(chǎng)型的特征。6.微波網(wǎng)絡(luò)分析阻抗不同形式的阻抗及相應(yīng)符號(hào)：

表示媒質(zhì)的本征阻抗。該阻抗僅與媒質(zhì)的材料參量有關(guān)，并且等于平面波的波阻抗。表示波阻抗。該阻抗是特定波型的一種特性，TEM波、TE波和TM波有著不同的波阻抗ZTEM、ZTE、ZTM,具體取決于傳輸線和波導(dǎo)的類型、材料性質(zhì)和工作頻率。表示特征阻抗。該阻抗是傳輸線上的行波電壓與電流之比。6.微波網(wǎng)絡(luò)分析微波網(wǎng)絡(luò)的定義低頻電路網(wǎng)絡(luò)：

由元器件（如電容、電感、電阻、晶體管...）組成的電路系統(tǒng)。最簡(jiǎn)單的電路網(wǎng)絡(luò)可能只包含一個(gè)元器件。微波網(wǎng)絡(luò)：

由微波元器件（膜片、銷釘、衰減器、E－T分支、微波二極管、微波三極管…）組成的微波電路系統(tǒng)。

最簡(jiǎn)單的微波網(wǎng)絡(luò)可能只包含一個(gè)微波元器件。即，任何一個(gè)微波元器件，或若干個(gè)微波元器件組成的電路系統(tǒng)，都可以稱為一個(gè)微波網(wǎng)絡(luò)。6.微波網(wǎng)絡(luò)分析優(yōu)點(diǎn)：1.大量減少無(wú)源、有源器件數(shù)目；2.避開(kāi)電路的復(fù)雜性和非線性效應(yīng)；3.簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)輸入、輸出特性的關(guān)系；4.不必了解系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)就可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定網(wǎng)絡(luò)輸入、輸出參數(shù)。Z矩陣(阻抗矩陣)

矩陣[Z]稱為阻抗矩陣，反映了網(wǎng)絡(luò)電壓與電流的關(guān)系，但只與網(wǎng)絡(luò)自身有關(guān)，與激勵(lì)和響應(yīng)無(wú)關(guān)。矩陣單元：6.微波網(wǎng)絡(luò)分析Y矩陣(導(dǎo)納矩陣)

矩陣[Y]稱為導(dǎo)納矩陣，反映了網(wǎng)絡(luò)電流與電壓的關(guān)系，但只與網(wǎng)絡(luò)自身有關(guān)，與激勵(lì)和響應(yīng)無(wú)關(guān)。矩陣單元：6.微波網(wǎng)絡(luò)分析Z矩陣與Y矩陣

[Z]與[Y]非奇異時(shí)，[Z]與[Y]奇異時(shí)，6.微波網(wǎng)絡(luò)分析∏形網(wǎng)絡(luò)

Z矩陣參量Y矩陣參量6.微波網(wǎng)絡(luò)分析ABCD矩陣(級(jí)連矩陣)與h矩陣(混合矩陣)

h矩陣參量h參量常用于分析低頻晶體管模型。6.微波網(wǎng)絡(luò)分析輸入阻抗輸出導(dǎo)納反向電壓增益正向電流增益雙極結(jié)晶體管(BipolarJunctionTransister)

h參量6.微波網(wǎng)絡(luò)分析(輸入阻抗)(電壓反饋系數(shù))(小信號(hào)電流增益)(輸出導(dǎo)納)網(wǎng)絡(luò)的串聯(lián)

在求由兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)組成的復(fù)合網(wǎng)絡(luò)的矩陣參數(shù)時(shí)，采用Z矩陣最為方便。6.微波網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)的并聯(lián)

在求由兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)組成的復(fù)合網(wǎng)絡(luò)的矩陣參數(shù)時(shí)，采用Y矩陣最為方便。6.微波網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)的交叉連接

在求由兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)交叉連接組成的復(fù)合網(wǎng)絡(luò)的矩陣參數(shù)時(shí)，采用h矩陣最為方便。6.微波網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)的級(jí)連

在求由兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)級(jí)連組成的復(fù)合網(wǎng)絡(luò)的矩陣參數(shù)時(shí)，采用ABCD矩陣最為方便。6.微波網(wǎng)絡(luò)分析T形網(wǎng)絡(luò)

ABCD矩陣參量6.微波網(wǎng)絡(luò)分析常用網(wǎng)絡(luò)的ABCD參量

6.微波網(wǎng)絡(luò)分析常用網(wǎng)絡(luò)的ABCD參量

6.微波網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)參量的變換關(guān)系

6.微波網(wǎng)絡(luò)分析散射參量確定Z參量、Y參量、h參量以及ABCD參量所必須的開(kāi)路或短路條件很難嚴(yán)格成立。利用S參量，射頻工程師可以在避開(kāi)不現(xiàn)實(shí)的終端條件以及避免造成待測(cè)器件損壞的前提下，用兩端口網(wǎng)絡(luò)的分析方法確定幾乎所有射頻器件的特征。傳輸線上電壓和電流的解：如果分別用a和b表示歸一化入射波電壓和反射波電壓，則歸一化電壓和電流為

6.微波網(wǎng)絡(luò)分析6.微波網(wǎng)絡(luò)分析散射參量導(dǎo)出

歸一化入射電壓波歸一化反射電壓波平均功率散射參量S

保持恒定的功率輸出和匹配終端條件。6.微波網(wǎng)絡(luò)分析散射參量S的物理意義

6.微波網(wǎng)絡(luò)分析輸入端口反射系數(shù)正向電壓增益散射參量S的物理意義

6.微波網(wǎng)絡(luò)分析輸出端口反射系數(shù)反向電壓增益鏈形散射矩陣

6.微波網(wǎng)絡(luò)分析Z參量與S參量之間的轉(zhuǎn)換

6.微波網(wǎng)絡(luò)分析節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣法(不定導(dǎo)納矩陣法)

等效電路元件或網(wǎng)絡(luò)在按電路拓?fù)溥B接組成電路時(shí)，其端點(diǎn)的連接點(diǎn)將形成節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣法就是利用上述元件或網(wǎng)絡(luò)的不定(待定)導(dǎo)納矩陣建立整個(gè)電路導(dǎo)納矩陣并借以分析電路的方法。如左圖所示，設(shè)某個(gè)電路網(wǎng)絡(luò)有n個(gè)節(jié)點(diǎn)。

6.微波網(wǎng)絡(luò)分析節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的一般電路圖節(jié)點(diǎn)j與節(jié)點(diǎn)k之間的導(dǎo)納用ykj或yjk表示，ykj=yjk。當(dāng)k節(jié)點(diǎn)與任意節(jié)點(diǎn)j(j=1,2,…,n,且j≠k)有支路直接相連時(shí)，此兩節(jié)點(diǎn)之間的導(dǎo)納才能定位ykj；而與k節(jié)點(diǎn)不直接相連接的各節(jié)點(diǎn)x，與k之間的導(dǎo)納應(yīng)定位零，即ykx=0。節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣法(不定導(dǎo)納矩陣法)

6.微波網(wǎng)絡(luò)分析節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的一般電路圖根據(jù)基爾霍夫電流定律(流入與流出同一節(jié)點(diǎn)的電流相等)，寫出k節(jié)點(diǎn)的電流方程：ik為流入k節(jié)點(diǎn)的外部電流；uj為j節(jié)點(diǎn)電位；uk為k節(jié)點(diǎn)電位。展開(kāi)上式，得：令則節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣法(不定導(dǎo)納矩陣法)

全電路有n個(gè)節(jié)點(diǎn)，總計(jì)可以寫出n個(gè)電流方程，寫成矩陣形式為寫成向量形式

Y就稱為不定導(dǎo)納矩陣(待定導(dǎo)納矩陣)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)有n個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，不定導(dǎo)納矩陣Y式n×n矩陣。6.微波網(wǎng)絡(luò)分析不定(待定)導(dǎo)納矩陣的性質(zhì)(1)列元素之和為零(2)行元素之和為零(3)不定導(dǎo)納矩陣Y的行列式值為零(4)若網(wǎng)絡(luò)的第t個(gè)節(jié)點(diǎn)接地，則其不定導(dǎo)納矩陣降一階若節(jié)點(diǎn)t接地，則刪去第t行和第t列的不定導(dǎo)納矩陣降一階，稱為定導(dǎo)納矩陣。6.微波網(wǎng)絡(luò)分析微波元器件不定導(dǎo)納矩陣(1)集中參數(shù)元件

對(duì)于R、L、C兩端元件，其不定導(dǎo)納矩陣為其中節(jié)點(diǎn)間的導(dǎo)納(2)均勻傳輸線6.微波網(wǎng)絡(luò)分析微波元器件不定導(dǎo)納矩陣(3)理想變壓器理想變壓器的不定導(dǎo)納矩陣為6.微波網(wǎng)絡(luò)分析理想變壓器及其等效電路微波元器件不定導(dǎo)納矩陣(4)微波半導(dǎo)體器件6.微波網(wǎng)絡(luò)分析晶體管小信號(hào)等效電路電路導(dǎo)納矩陣的建立方法

已知電路各元件的不定導(dǎo)納矩陣后，就可以根據(jù)各元件的連接情況建立電路的導(dǎo)納矩陣。步驟：(1)首先對(duì)電路所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，編號(hào)從1開(kāi)始直至n(n為正整數(shù))，接地節(jié)點(diǎn)不編號(hào)或編為零號(hào)。(2)對(duì)各元件的端點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)并建立不定導(dǎo)納矩陣。(3)將各元件不定導(dǎo)納矩陣的元素(除與接地點(diǎn)相關(guān)的元素外)逐一加入電路導(dǎo)納矩陣。加入方法：若第k個(gè)元件的l端接在電路的i節(jié)點(diǎn)，第k個(gè)元件的p端接在電路的j節(jié)點(diǎn)，則第k個(gè)元件的導(dǎo)納作為對(duì)電路導(dǎo)納矩陣的貢獻(xiàn)加到電路導(dǎo)納矩陣元素中去。6.微波網(wǎng)絡(luò)分析用節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣分析電路的方法用節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣分析電路的方法步驟：(1)首先給被分析電路的各個(gè)節(jié)點(diǎn)編號(hào)，編號(hào)從1開(kāi)始直至n(n為電路的總節(jié)點(diǎn)數(shù)，接地節(jié)點(diǎn)可