1、微波電路主 講 ：王 斌 光電工程學(xué)院1.傳輸線傳輸線定義 能夠?qū)б姶挪ㄑ匾欢ǚ较騻鬏攲?dǎo)波系統(tǒng)。一般由兩根或兩根以上平行導(dǎo)體構(gòu)成，主模(最低模）是TEM橫電磁波或準橫電磁波。電路理論和傳輸線理論之間的關(guān)鍵差別是電尺寸。 平行雙導(dǎo)線 1.傳輸線 同軸線 1.傳輸線 微帶線 1.傳輸線傳輸線理論： 傳輸線理論又稱一維分布參數(shù)電路理論，是微波電路設(shè)計和計算的理論基礎(chǔ)。傳輸線理論在電路理論與場的理論之間起著橋梁的作用，在微波網(wǎng)絡(luò)分析中也相當重要。 傳輸線有長線和短線之分。所謂長線是指傳輸線的幾何長度與線上傳輸電磁波的波長比值(電長度)大于或接近1，反之稱為短線。長線分布參數(shù)電路 短線集中參數(shù)電路 忽

2、略分布參數(shù)效應(yīng) 考慮分布參數(shù)效應(yīng) 當頻率提高到微波波段時，這些分布效應(yīng)不可忽略，所以微波傳輸線是一種分布參數(shù)電路。這導(dǎo)致傳輸線上的電壓和電流是隨時間和空間位置而變化的二元函數(shù)。 1.傳輸線等效電路法 R,L,C和G描述。 平行雙導(dǎo)線的分割1.傳輸線等效電路法 同軸線的分割1.傳輸線等效電路法 一般等效電路表示法優(yōu)點：清楚，直觀的物理圖像；有助于標準化兩端網(wǎng)絡(luò)表示法；可用基爾霍夫電壓和電流定律分析；提供從微觀向宏觀擴展的過程。缺點：忽略了邊緣效應(yīng)，不能分析電路元件的干擾；由磁滯效應(yīng)引起的非線性被忽略。1.傳輸線三種常用傳輸線結(jié)構(gòu)參量 1.傳輸線一般傳輸線方程 1.傳輸線傳輸線方程的解 1.傳輸線

3、傳輸線的特性參量 傳輸線的特性參量主要包括：特性阻抗、傳播常數(shù)、相速和相波長、反射系數(shù)、輸入阻抗、駐波比和傳輸功率等。 對于無耗傳輸線模型特性阻抗這里的阻抗是以正向和反向行進的電壓和電流波為基礎(chǔ)。 1.傳輸線傳播常數(shù)對于低耗傳輸線有(無耗傳輸線 )無耗相速和相波長 相速是指波的等相位面移動速度。 相波長定義為波在一個周期T內(nèi)等相位面沿傳輸線移動的距離。1.傳輸線反射系數(shù)端接負載無耗傳輸線電壓反射系數(shù)開路 短路匹配1.傳輸線輸入阻抗 傳輸線終端接負載阻抗ZL時，距離終端z處向負載方向看去的輸入阻抗定義為該處的電壓U (z)與電流I (z)之比，即1.傳輸線輸入阻抗與反射系數(shù)的關(guān)系 1.傳輸線駐波

4、比駐波比1.傳輸線端接負載無耗傳輸線回波損耗及插入損耗1.傳輸線2.Smith圓圖Smith圓圖 1939年， P.H.Smith為了簡化反射系數(shù)計算，開發(fā)了以保角映射原理為基礎(chǔ)的圖解方法，即Smith圓圖。Smith圓圖能夠在一個圖中簡單直觀地顯示傳輸線阻抗及反射系數(shù)。 理解： Smith圓圖實際上是(電壓)反射系數(shù)的極坐標圖； 一種求解傳輸線問題的輔助圖形； 電阻圓和電抗圓是正交的。 用Smith圓圖思考，可以開發(fā)出關(guān)于傳輸線和阻抗匹配問題的直觀想象力。 2.Smith圓圖反射系數(shù)的相量形式 負載反射系數(shù)描述了特性阻抗和負載阻抗之間的阻抗失配度。 將 向 轉(zhuǎn)換是構(gòu)成Smith圓圖的關(guān)鍵組成

5、部分。 2.Smith圓圖歸一化阻抗公式 歸一化輸入阻抗z和反射系數(shù)存在一一對應(yīng)的關(guān)系，在阻抗平面上的一點必然能在平面上找到其對應(yīng)點。 2.Smith圓圖阻抗平面到反射系數(shù)圓圖的映射(1) 2.Smith圓圖阻抗平面到反射系數(shù)圓圖的映射(2) 上式為歸一化電阻的軌跡方程，當r等于常數(shù)時，其軌跡為一簇圓；電阻圓 半徑：圓心坐標：r00.512圓心(0,0)(1/3,0)(1/2,0)(2/3,0)(1,0)半徑12/31/21/30 r ，半徑 都與（1，0）相切 圓心都在正實軸上單位圓縮小為點(1,0)第二式為歸一化電抗的軌跡方程，當x等于常數(shù)時，其軌跡為一簇圓弧；（|1）電抗圓 半徑：圓心坐

6、標：x00.512圓心(1, )(1, 2)(1, 1)(1, 2)(1,0)半徑211/20 r ，半徑 圓心都在r=1直線上都在（1，0）點與實軸相切直線，對應(yīng)純電阻縮小為點(1,0)2.Smith圓圖映射圖形表示法-Smith圓圖 2.Smith圓圖Smith圓圖 2.Smith圓圖普通負載的阻抗變換分析 確定電路阻抗響應(yīng)，以預(yù)言RF/MW系統(tǒng)的性能。過程： 1.歸一化負載阻抗 2.在Smith圓圖中確定zL位置 3.找出反射系數(shù) 4. 旋轉(zhuǎn) 獲得 5.記錄歸一化輸入阻抗 6.轉(zhuǎn)換到實際阻抗例1已知阻抗 ，求導(dǎo)納Y反歸一ir0Z Y1122-j2.Smith圓圖例2在 為50的無耗線上Z

7、min=0.2，電壓波節(jié)點距負載/3，求負載阻抗 ir05.00.20.33lj1.480.77ZminZin向負載向負載旋轉(zhuǎn) 反歸一 2.Smith圓圖例3 特性阻抗 ，負載阻抗求距負載0.24處輸入阻抗。解： 歸一化負載阻抗 1） 其對應(yīng)向電源波長0.213 2) 旋轉(zhuǎn)0.24到2.Smith圓圖串聯(lián)電感串聯(lián)電容并聯(lián)電容并聯(lián)電感用Smith圓圖設(shè)計匹配網(wǎng)絡(luò)2.Smith圓圖2.Smith圓圖特殊變換分析開路線變換 為了獲得純感性或容性電抗，必須沿r=0的圓工作，從起始點=1順時針方向旋轉(zhuǎn)。容性電抗感性電抗2.Smith圓圖特殊變換分析開路線變換 通過開路傳輸線制造容性和感性電抗2.Smit

8、h圓圖特殊變換分析短路線變換 為了獲得純感性或容性電抗，必須沿r=0的圓工作，從起始點=-1順時針方向旋轉(zhuǎn)。容性電抗感性電抗2.Smith圓圖特殊變換分析短路線變換 通過短路傳輸線實現(xiàn)容性和感性電抗2.Smith圓圖導(dǎo)納變換 由歸一化阻抗表達式經(jīng)過倒置，可得在歸一化輸入阻抗表達式中用-1=exp(-j*pi)乘以反射系數(shù)，等效于在復(fù)平面上旋轉(zhuǎn)1802.Smith圓圖導(dǎo)納圓圖 將阻抗Smith圓圖旋轉(zhuǎn)180，得到導(dǎo)納Smith圓圖。2.Smith圓圖導(dǎo)納圓圖疊加圖形：ZY-Smith圓圖 ZY-Smith圓圖，把Z-Smith圓圖和Y-Smith圓圖疊合在一個圖形上2.Smith圓圖R和L元件的并聯(lián) 2.Smith圓圖R和C元件的并聯(lián) 2.Smith圓圖R和L元件的串聯(lián) 2.Smith圓圖R和C元件的串聯(lián) 其它圓圖Schimdt(施密特）圓圖 將極坐標表示的 映射到用矩坐標表示的z=r+jx或y=g+jb平面，即在z平面或y平面上畫出等 線及等 線，即Schimdt圓圖。 應(yīng)用Schimdt圓圖進行阻抗或?qū)Ъ{求和運算比較方便。 其它圓圖Carter(卡特）圓圖 將極坐標表示的 映射到 ，則成為Carter