第3章-射频网络基础(吉大通信).pptVIP

第3章 射频网络基础 每个射频网络都可能和几根传输线相连接。按照所连接传输线数目的多少，网络可以分成单端口网络、双端口网络、三端口网络及四端口网络等。 实际使用的射频网络可高达四端口，但四端口以上的网络就很少应用了。由于射频电路主要涉及二端口网络，因而重点介绍二端口网络。 本章介绍射频网络的基本理论。首先介绍二端口低频网络参量和二端口射频网络参量;然后讨论二端口网络的参量特性和二端口网络参量之间的转换；随后介绍多端口网络的散射参量。 网络理论分为线性网络理论和非线性网络理论，本章只讨论线性网络理论。 3.1 二端口低频网络参量 对一个线性网络特征的描述，可以采用网络参量的形式给出。描述低频线性网络输入和输出的物理量是电压和电流，低频网络的网络参量通过电压和电流的关系给出。 二端口网络电压和电流的基本规定如图3.1所示，图中标明了电压和电流的极性和方向，其中电流的下标标明了它将流入的相应网络端口，电压的下标标明了测量该电压的相应网络端口。 二端口网络提供了电压和电流的4个变量，分别为v1、v2、i1和i2，这4个变量有不同的组合方式，因而对应着不同的网络参量。 常用的网络参量有4种，分别称为阻抗参量、导纳参量、混合参量和转移参量，视具体应用场合，可选择一种最适合电路特性的网络参量。下面分别介绍上述4种网络参量。 3.1.1 阻抗参量 根据图3.1，用二端口网络2个端口上的电流表示2个端口上的电压，网络方程为 式中 例3.1 已知T型网络如图，计算该网络的阻抗参量。 3.1.2 导纳参量 根据图3.1，用二端口网络2个端口上的电压表示2个端口上的电流，网络方程为 式中 例3.2 已知 型网络如图，计算该网络的导纳参量。 3.1.3 混合参量 根据图3.1，用二端口网络的i1和v2表示v1和i2，网络方程为 3.1.4 转移参量 根据图3.1，用端口2的电压和电流表示端口1的电压和电流，且规定进网络的方向为电流正方向，网络方程为 令 例3.4 分别计算串联阻抗Z,并联导纳Y，T型网络和 型网络的[ABCD] 矩阵。 3.2 二端口射频网络参量 在射频频段，用散射参量［S］描述网络的网络参量。［S］参量是在各端口匹配时用入射电压和反射电压之间的关系得到的，射频电路利用［S］参量就可以避开不现实的终端条件，同时使参数易于测量。 ［S］参量可以表征射频器件的特征，在绝大多数涉及射频系统的技术资料和设计手册中，网络参数都由［S］参量表示。 对于级连网络，射频电路可以利用［T］参量简化对网络的分析。本节介绍［S］参量和［T］参量这2种射频网络参量。 3.2.1 散射参量 在射频频段内，网络端口与外界连接的是各类传输线，端口上的场量由入射波和反射波叠加而成，散射参量采用入射行波和反射行波的归一化电压表征各网络端口的相互关系。下面讨论散射参量的特性。 1. 归一化参量 1端口和2端口的平均功率为 2. 散射参量的定义 二端口网络中归一化入射电压和归一化反射电压的关系用方程表示为 上式可以简写成 式中，［S］称为散射矩阵或散射参量。 上述散射参量用于射频频段有许多优点，简述如下: （1）散射参量用来表示网络的反射系数和传输特性非常方便，而且它给出了一个网络端口之外的完整特性描述。 （2）散射参量没有使用开路或短路描述方式。在射频电路中如果出现短路或开路的情况，将引起强烈的反射，会导致振荡的产生，并引起晶体管元件的损坏。 （3）散射参量要求各端口使用匹配负载，因匹配负载可以吸收全部的入射功率，从而消除了过强的能量反射，降低了对源和设备损伤的可能性。 例3.8 已知二端口网络的散射系数矩阵[S]和负载反射系数，求其输入端的反射系数和归一化输入阻抗。 4. 网络参考面的平移 当网络的参考面选定后，所定义的射频网络就是由这些参考面所包围的区域，网络的散射参量也就唯一确定。但如果网络的参考面位置改变，网络的散射参量也随之改变。 3.2.2 传输参量 用T2参考面上的归一化电压入射波和归一化电压反射波表示T1参考面上的归一化电压入射波和归一化电压反射波，网络方程为 令 ［T］称为传输参量或传输矩阵。 对于传输矩阵分别为［T］1，［T］2，...，［T］n的n个二端口网络的级连，同样可以得到组合后的传输矩阵［T］为各分网络传输矩阵的乘积，即 3.3 二端口网络的参量特性 3.3.1 互易网络 互易网络是指满足互易原理的网络。在一个无源线性网络中，交换激励点与响应点的位置，若在同样大的激励下产生同样大的响应，则称此网