《射频微波电路导论（第三版）》全套教学课件

微波电路与系统第1章

射频微波工程介绍第2章

传输线理论第3章

匹配理论第4章

功率衰减器第5章

功率分配器第6章

定向耦合器第7章

射频微波滤波器第8章

放大器设计第9章-振荡器和混频器第10章

频率合成器第11章

其他常用微波电路第12章

射频微波天线第13章

射频微波系统全套可编辑PPT课件

微波电路与系统第一讲——射频微波工程介绍第1讲射频/微波工程介绍

1.1常用无线电频段

1.2射频/微波的重要特性

1.3射频/微波工程中的核心问题

1.4射频/微波电路的应用

1.5射频/微波系统举例

1.6射频/微波工程基础常识

341.1常用无线电频段图1-1

无线电技术的发展历史LFMF30~300KHz1~10G1.37~1000G3MHz~300GHz300~3000KHz5图1-1

无线电技术的发展历史800MHz、900MHz、1800MHz6图1-1

无线电技术的发展历史7图1-1

无线电技术的发展历史V2X8图1-1

无线电技术的发展历史9图1-1

无线电技术的发展历史对电磁波频谱的划分是美国国防部于第二次世界大战期间提出的，后由国际电工电子工程协会（IEEE）推广，被工业界和政府部门广泛接受。10表1-1

电磁波频谱分段11

对不同频段无线电信号的使用不能随意确定。也就是说，频谱作为一种资源，各国各级政府都有相应的机构对无线电设备的工作频率和发射功率进行严格管理。国际范围内更有详细的频谱用途规定，即CCIR建议文件，在这个文件中，规定了雷达、通信、导航、工业应用等军用或民用无线电设备所允许的工作频段。表1-2

是各无线电频段的基本用途。各个用途在相应频段内只占有很小的一段频谱或点频工作。12表1-2

各无线电频段的基本用途13要避免用途不同的无线电设备使用相同的频率，否则，将会带来灾难性的后果。相反地，在电子对抗或电子战系统中，就是要设法掌握敌方所使用的无线电频率，给对方实施毁灭性打击。目前发展最快的民用领域是移动通信。巨大的市场潜力和飞速的更新步伐，使得这一领域成为全球的一个支柱产业。表1-3

给出了常用移动通信系统频段分布及其工作方式。作为工科电子类专业的学生，有必要掌握这方面的知识。14表1-3

常用移动通信系统频段分布1516316

射频/微波技术包括信号的产生、调制、功率放大、辐射、接收、低噪声放大、混频、解调、检测、滤波、衰减、移相、开关等各个模块单元的设计和生产。基本理论——经典的电磁场理论。研究电磁波沿传输线的传播特性有两种分析方法。“场”的分析方法：即从麦克斯韦方程出发，在特定边界条件下解电磁波动方程，求得场量的时空变化规律，分析电磁波沿线的各种传输特性。“路”的分析方法：将传输线作为分布参数电路处理，用基尔霍夫定律建立传输线方程，求得传输线上电压和电流的时空变化规律，分析电压和电流的各种传输特性。17在射频/微波频率范围内，模块的几何尺寸与信号的工作波长可以比拟，分布参数概念始终贯穿于工程技术的各个方面。而且，同一功能的模块，在不同的工作频段的结构和实现方式大不相同。“结构就是电路”是射频/微波电路的显著特征。射频/微波电路的设计目标就是处理好材料、结构与电路功能的关系。181.2射频/微波的重要特性1.2.1射频/微波的基本特性1．似光性射频/微波能像光线一样在空气或其他媒体中沿直线以光速传播，在不同的媒体界面上存在入射和反射现象。这是因为射频/微波的波长很短，比地球上的一般物体（如舰船、飞机、火箭、导弹、汽车、房屋等）的几何尺寸小得多或在同一个数量级。当射频/微波照射到这些物体上时将产生明显的反射，对于某些物体将会产生镜面反射。因此，可以制成尺寸、体积合适的天线，用来传输信息，实现通信；可接收物体所引起的回波或其他物体发射的微弱信号，用来确定物体的方向、距离和特征，实现雷达探测。192.穿透性射频/微波照射某些物体时，能够深入物体的内部。微波（特别是厘米波段）信号能穿透电离层，成为人们探测外层空间的宇宙窗口；能够穿透云雾、植被、积雪和地表层，具有全天候的工作能力，是遥感技术的重要手段；能够穿透生物组织，是医学透热疗法的重要方法；能穿透等离子体，是等离子体诊断、研究的重要手段。203.非电离性一般情况下，射频/微波的量子能量还不够大，不足以改变物质分子的内部结构或破坏物质分子的键结构。由物理学可知，在外加电磁场周期力的作用下，物质内分子、原子和原子核会产生多种共振现象，其中，许多共振频率就处于射频/微波频段。这就为研究物质内部结构提供了强有力的实验手段，从而形成了一门独立的分支学科——微波波谱学。从另一方面考虑，利用物质的射频/微波共振特性，可以用某些特定的物质研制射频/微波元器件，完成许多射频/微波系统的建立。214.信息性射频/微波频带比普通的中波、短波和超短波的频带要宽几千倍以上，这就意味着射频/微波可以携带的信息量要比普通无线电波可能携带的信息量大的多。因此，现代生活中的移动通信、多路通信、图像传输、卫星通信等设备全都使用射频/微波作为传送手段。射频/微波信号还可提供相位信息、极化信息、多普勒频移信息等。这些特性可以被广泛应用于目标探测、目标特征分析、遥测遥控、遥感等领域。221.2.2射频/微波的主要优点由上述基本特性可归纳出射频/微波与普通无线电相比有以下优点：(1)频带宽。可传输的信息量大。(2)分辨率高。连续波多普勒雷达的频偏大，成像更清晰，反应更灵敏。(3)尺寸小。电路元件和天线体积小。(4)干扰小。不同设备相互干扰小。(5)速度快。数字系统的数据传输和信号处理速度快。(6)频谱宽。频谱不拥挤，不易拥堵，军用设备更可靠。231.2.3射频/微波的不利因素由于射频/微波本身的特点，也会带来一些局限性。主要体现在如下几个方面：元器件成本高。辐射损耗大。(3)大量使用砷化镓器件，而不是通常的硅器件。(4)电路中元件损耗大，输出功率小。这些问题都是我们必须面对的，在工程中应合理设计电路，取得一个比较好的折中方案。241.3射频/微波工程中的核心问题1.3.1射频铁三角由于频率、阻抗和功率是贯穿射频/微波工程的三大核心指标，故将其称为射频铁三角。它能够形象地反映射频/微波工程的基本内容。这三方面既有独立特性，又相互影响。三者的关系可以用图1-2表示。25图1-2频率、阻抗和功率的铁三角关系261.3.2射频铁三角的内涵1.频率频率是射频/微波工程中最基本的一个参数，对应于无线系统所工作的频谱范围，也规定了所研究的微波电路的基本前提，进而决定微波电路的结构形式和器件材料。直接影响射频/微波信号频率的主要电路有：

(1)信号产生器：用来产生特定频率的信号，如点频振荡器、机械调谐振荡器、压控振荡器、频率合成器等。27(2)频率变换器：将一个或两个频率的信号变为另一个所希望的频率信号，如分频器、变频器、倍频器、混频器等。

(3)频率选择电路：在复杂的频谱环境中，选择所关心的频谱范围。经典的频率选择电路是滤波器，如低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器和带阻滤波器等。近年发展起来的高速电子开关由于体积小，在许多方面取代了滤波器来实现频率选择。在射频/微波工程中，这些电路可以独立工作，也可以相互组合，还可以与其他电路组合，构成射频/微波电路子系统。这些电路的测量仪器有频谱分析仪、频率计数器、功率计、网络分析仪等。282.功率功率用来描述射频/微波信号的能量大小。所有电路或系统的设计目标都是实现射频/微波能量的最佳传递。影响射频/微波信号功率的主要电路有：

(1)衰减器：控制射频/微波信号功率的大小。通常由有耗材料（电阻性材料）构成，有固定衰减量和可调衰减量之分。

(2)功分器：将一路射频/微波信号分成若干路的组件，可以是等分的，也可以是比例分配的，希望分配后信号的损失尽可能小。功分器也可用作功率合成器，在各个支路口接同频同相等幅信号，在主路叠加输出。29(3)耦合器：定向耦合器是一种特殊的分配器。通常是耦合一小部分功率到支路，用以检测主路信号的工作状态是否正常。分支线耦合器和环形桥耦合器可实现不同相位的功率分配/合成，配合微波二极管，完成多种功能微波电路，如混频、变频、移相等。

(4)放大器：提高射频/微波信号功率的电路，在射频/微波工程中地位极为重要。用于接收的是小信号放大器，该类放大器着重要求低噪声、高增益。用于发射的是功率放大器，对于该类放大器，为了满足要求的输出功率，可以不惜器件和电源成本。用于测试仪器的放大器，完善和丰富了仪器的功能。303.阻抗阻抗是在特定频率下，描述各种射频/微波电路对微波信号能量传输的影响的一个参数。

电路的材料和结构对工作频率的响应决定电路阻抗参数的大小。工程实际中，应设法改进阻抗特性，实现能量的最大传输。所涉及的射频/微波电路有：

(1)阻抗变换器：增加合适的元件或结构，实现一个阻抗向另一个阻抗的过渡。

(2)阻抗匹配器：一种特定的阻抗变换器，实现两个阻抗之间的匹配。

(3)天线：一种特定的阻抗匹配器，实现射频/微波信号在封闭传输线和空气媒体之间的匹配传输。311.4射频/微波电路的应用(1)无线通信系统空间通信，远距离通信，无线对讲，蜂窝移动，个人通信系统，无线局域网，卫星通信，航空通信，航海通信，机车通信，业余无线电等。(2)导航系统微波着陆系统（MLS），GPS，无线信标，防撞系统，航空、航海自动驾驶等。(3)遥感地球监测，污染监测，森林、农田、鱼汛监测，矿藏、沙漠、海洋、水资源监测，风、雪、冰、凌监测，城市发展和规划等。32(4)射频识别保安，防盗，入口控制，产品检查，身份识别，自动验票等。(5)广播系统调幅（AM），调频（FM）广播，电视（TV）等。(6)汽车和高速公路自动避让，路面告警，障碍监测，路车通信，交通管理，速度测量，智能高速路等。(7)传感器潮湿度传感器，温度传感器，长度传感器，探地传感器，机器人传感器等。33(8)电子战系统间谍卫星，辐射信号监测，行军与阻击等。(9)医学应用磁共振成像，微波成像，微波理疗，加热催化，病房监管等。(10)空间研究射电望远镜，外层空间探测等。(11)无线输电空对空，地对空，空对地，地对地输送电能等。341.5射频/微波系统举例1.5.1射频/微波通信系统基本原理利用似光传输特性，穿越空气，实现信息的无线传递。如图1-3所示，基本的通信系统就是成对的发射机和接收机。35图1-3基本通信系统2.微波通信数据链图1-4是微波通信和专用微波数据链的系统示意图。36图1-4微波通信数据链系统示意图3.卫星通信图1-5是K波段卫星通信系统的地面站结构框图。图1-6是K波段卫星通信系统示意图。37图1-5卫星地面站结构框图图1-6卫星通信系统示意图381.5.2雷达系统基本原理雷达的原意为无线电探测与定位，基本原理是发射的微波信号遇到目标后反射回来，检测发射信号与接收信号之间的关系，即可确定目标的信息。图1-7是雷达的基本原理示意图。39图1-7雷达基本原理示意图2.脉冲雷达40图1-8脉冲雷达结构框图3．多普勒雷达41图1-9连续波多普勒雷达结构示意图图1-10脉冲多普勒雷达结构示意图424.高度表43图1-11C波段微波高度表结构框图1.6射频/微波工程基础常识1.6.1关于分贝的几个概念通常情况下，射频/微波电路用波的概念来描述能量的传递，用功率而不用电压或电流。由于便于测量和运算，分贝用的最多。表1-4给出了与分贝相关的常见物理量及其用途。44表1-4与分贝相关的常见物理量45问题46AdBm+BdBm=(A+B)dBm?AdBm+BdB=(A+B)dBm?AdB+BdB=(A+B)dB?1.6.2常用射频/微波接头从1.5节可以看出，各种电路模块需要用接插件连接起来。这种连接可以是硬连接，也可以通过电缆软连接。电缆分为柔性电缆、软电缆和半刚性电缆。工程中的具体选择由总体结构、成本与性能等因素决定。表1-5给出常用接头的性能。47表1-5常用射频/微波接头48

这些接头都是阴—阳配对使用。旋接时一手捏紧阴头端，另一手旋转阳头端螺套，使接头插针沿轴向拔出或插入，不应旋转阴头端，以免损伤插针和插孔。接头另一端焊接射频/微波电路或与合适的电缆相接。49微波电路与系统第二讲——传输线理论第2讲传输线理论51传输线是从一处至另一处传输电磁能量的装置。射频电路与低频电路不仅基本理论有显著的不同，而且采用的传输线装置也不同，射频传输线采用了同轴线、平行双导线、带状线和微带线等不同于低频导线的特殊结构。本讲的传输线默认为平行双导线。传输线理论是分布参数电路理论。随着工作频率的升高，工作波长不断减小，当工作波长可以与电路的几何尺寸相比拟时，传输线上的电压和电流分布将随空间位置变化，电压和电流呈现波动性，这一点与低频电路完全不同。传输线理论用来分析传输线上电压和电流的分布状况，以及传输线上阻抗的变化规律。在射频频段，低频电路的基尔霍夫定律不再适用，必须采用传输线理论取代低频电路理论。集总参数与分布参数集总参数理论：电路元件的空间分布尺度为零（点状）。分布参数理论：电路元件相对于工作波长，具有有限的空间分布尺度。当电路元件的特征尺寸超过电磁波波长的1/10左右时，基尔霍夫电路理论（集总参数）必须由分布参数的波动理论替代。第2讲传输线理论

2.1集总参数元件的射频特性

2.2射频/微波电路设计中Q值的概念

2.3传输线基本理论

2.4无耗传输线的工作状态

2.5有耗传输线的工作状态

2.6史密斯圆图

2.7微带线的理论和设计

2.8波导和同轴传输线简介52集总分布2.1集总参数元件的射频特性根据传统的交流电路分析可知，电阻R与频率无关，理想电容C和理想电感L可用它们的电抗XC和XL直接表示为在低频下，C=1pF的电容，L=1nH的电感，分别对应于开路和短路状态。532.1集总参数元件的射频特性高频情况下，电阻、电感和电容并不都像在低频情况下那样，仅用导线、线圈和平板制成。甚至单根直导线或印制电路板（printedcircuitboard，PCB）上的一段敷铜带，也都具有与频率有关的电阻和电感。2.1.1金属导线直流和低频：认为金属导线就是一根连接线，不存在电阻、电感和电容等寄生参数。实际上，在低频情况下，这些寄生参数很小，可以忽略不计。

射频/微波：金属导线不仅具有自身的电阻和电感或电容，而且还是频率的函数。寄生参数对电路工作性能的影响十分明显，必须仔细考虑，谨慎设计，才能得到良好的结果。54

设圆柱状直导线的半径为a，长度为l，材料的电导率为σ，则其直流电阻可表示为对于直流信号来说，可以认为导线的全部横截面都可以用来传输电流，或者电流充满在整个导线横截面上，其电流密度可表示为55(2-1)

(2-2)

集肤效应

进一步研究表明，在射频（f≥500MHz）范围此导线相对于直流状态的电阻和内部电感可分别表示为式中δ=(πfμσ)-1/2(2-4)定义为“集肤深度”。56(2-3a)(2-3b)式(2-3)一般在δ<<a条件下成立。从式(2-4)可以看出，集肤深度与频率之间满足平方根反比关系，随着频率的升高，集肤深度减小。交流状态下沿导线轴向的电流密度可以表示为式中，p2=-jωμσ，J0(pr)和J1(pa)分别为0阶和1阶第一类贝塞尔函数，I

是导线中的总电流。图2-1表示交流状态下铜导线横截面电流密度对直流情况的归一化值。图2-2表示半径a=1mm的铜导线在不同频率下的Jz/Jz0

相对于r的曲线。57(2-5)图2-1交流状态下铜导线横截面电流密度对直流情况的归一化值58

59图2-2半径a=1mm的铜导线在不同频率下的Jz/Jz0相对于r的曲线

由图2-2

可以看出，在频率达到1MHz左右时，就已经出现比较严重的集肤效应，当频率达到1GHz时电流几乎仅在导线表面流动而不能深入导线中心，也就是说金属导线的中心部位电阻极大。金属导线本身就具有一定的电感量，这个电感在射频/微波电路中，会影响电路的工作性能。电感值与导线的长度形状、工作频率有关。工程中要谨慎设计，合理使用金属导线的电感。

金属导线可以看作一个电极，它与地线或其他电子元件之间存在一定的电容量，这个电容对射频/微波电路的工作性能也会有较大的影响。对导线寄生电容的考虑是射频/微波工程设计的一项主要任务。60

金属导线的电阻、电感和电容是射频/微波电路的基本单元。工程中，严格计算这些参数是没有必要的，关键是掌握存在这些参数的物理概念，合理地使用或回避，实现电路模块的功能指标。2.1.2电阻电阻是在电子线路中最常用的基础元件之一，基本功能是将电能转换成热产生电压降。电子电路中，一个或多个电阻可构成降压或分压电路用于器件的直流偏置，也可用作直流或射频电路的负载电阻完成某些特定功能。61

物质的电阻的大小与物质内部电子和空穴的迁移率有关。从外部看，物质的体电阻与电导率σ和物质的体积L×W×H有关（如图2-3所示），即定义薄片电阻，则

(2-6b)当电阻厚度一定时，电阻值与长宽比成正比。62(2-6a)图2-3物质的体电阻63

在射频应用中，电阻的等效电路比较复杂，不仅具有阻值，还会有引线电感和线间寄生电容，其性质将不再是纯电阻，而是“阻”与“抗”兼有，具体等效电路如图2-4所示。图中Ca

表示电荷分离效应，也就是电阻引脚的极板间等效电容；Cb

表示引线间电容；L为引线电感。对于线绕电阻，其等效电路还要考虑线绕部分造成的电感量L1

和绕线间的电容C1，引线间电容Cb

与内部的绕线电容相比一般较小，可以忽略，等效电路如图2-5所示。64图2-4电阻的等效电路65图2-5线绕电阻的等效电路66

以500Ω金属膜电阻为例（等效电路见图2-4），设两端的引线长度各为2.5cm，引线半径为0.2032mm，材料为铜，已知Ca

为5pF，根据式（2-3）计算引线电感，并求出图2-4等效电路的总阻抗对频率的变化曲线，如图2-6所示。67图2-6电阻的阻抗绝对值与频率的关系

从图2-6中可以看出，在低频率下阻抗即等于电阻

R，而随着频率的升高达到10MHz以上，电容Ca的影响开始占优，导致总阻抗降低；当频率达到20GHz左右时，出现了并联谐振点；越过谐振点后，引线电感的影响开始表现出来，阻抗又加大并逐渐表现为开路或有限阻抗值。这一结果说明，看似与频率无关的电阻器，用于射频/微波波段将不再仅是一个电阻器，应用中应特别加以注意。682.1.3电容在低频率下，电容器一般都可以看成是平行板结构，其极板的尺寸要远大于极板间距离，电容量定义为式中，A

是极板面积，d表示极板间距离，ε=ε0εr

为极板间填充介质的介电常数。理想状态下，极板间介质中没有电流。在射频/微波频率下，实际的介质并非理想介质，故在介质内部存在传导电流，也就存在传导电流引起的损耗，更重要的是介质中的带电粒子具有一定的质量和惯性，在电磁场的作用下，很难随之同步振荡，在时间上有滞后现象，也会引起对能量的损耗。69所以电容器的阻抗由电导Ge

和电纳ωC并联组成,即式中，直流电流起因于电导Ge，其中，σd

是介质的电导率。习惯于引入损耗角正切（losstangent），则

在射频应用中，还要考虑引线电感L

以及引线导体损耗的串联电阻Rs

和介质损耗电阻Re，故电容器的等效电路如图2-7所示。70(2-8)(2-9)图2-7射频电容的等效电路71

例如，一个47pF的电容器，假设其极板间填充介质为Al2O3，损耗角正切为10-4（假定与频率无关），引线长度为1.25cm，半径为0.2032mm，可以得到其等效电路的频率响应曲线如图2-8所示。72图2-8电容阻抗的绝对值与频率的关系2.1.4电感在电子线路中常用的电感器一般是线圈结构，在高频率下也称为高频扼流圈。它的结构一般是用直导线沿柱状结构缠绕而成，如图2-9所示。73图2-9在电感线圈中的分布电容和串联电阻

导线的缠绕构成电感的主要部分，而导线本身的电感可以忽略不计，细长螺线管的电感量为

(2-1)式中，r为螺线管半径，N

为圈数，l为螺线管长度。在考虑了寄生旁路电容Cs

以及引线导体损耗的串联电阻Rs

后，电感的等效电路图如图2-10所示。74图2-10高频电感的等效电路

例如，一个N=3.5的铜电感线圈，线圈半径为1.27mm，线圈长度为1.27mm，导线半径为63.5μm。假设它可以看做一细长螺线管，根据式(2-10)可求出其电感部分为L=61.4nH。其电容Cs

可以看做平板电容产生的电容，极板间距离假设为两圈螺线间距离d=l/N=3.6×10-4mm，极板面积A=2alwire=2a(2πrN)，lwire

为绕成线圈的导线总长度，根据式(2-7)可求得Cs=0.087pF。导线的自身阻抗由式(2-1)可求得，即0.034Ω。于是可得图2-10所示等效电路对应的阻抗频率特性曲线如图2-11所示。75图2-11电感阻抗的绝对值与频率的关系76

由图2-11中可以看出，这一铜电感线圈的高频特性已经完全不同于理想电感，在谐振点之前其阻抗升高很快，而在谐振点之后，由于寄生电容Cs

的影响已经逐步处于优势地位而逐渐减小。772.2射频/微波电路设计中Q值的概念

品质因素Q

表示一个元件的储能和耗能之间的关系,即从上节中元件的等效电路图可以看出，金属导线、电阻、电容和电感的等效电路中均包含储能元件和耗能元件，其中电容、电感代表储能元件，电阻代表耗能元件。由两者的比值关系可以看出，元件的耗能越小，Q值越高。当元件的损耗趋于无穷小，即Q

值无限大时，电路越接近于理想电路。在某些射频/微波电路设计中，Q

值概念清晰，计算方便。782.3

传输线基本理论在射频/微波频段，工作波长与导线尺寸处在同一量级。在传输线上传输波的电压、电流信号是时间及传输距离的函数。一条单位长度传输线的等效电路可由R、L、G、C

等四个元件组成，如图2-12所示。79图2-12单位长度传输线的等效电路80

假设波的传播方向为＋z

轴方向，由基尔霍夫电压及电流定律可得下列传输线方程式：

此两个方程式的解可写成

U(z)=U+e-γz+U-eγz

I(z)=I+e-γz-I-eγz

81(2-11)(2-12)式中U+、Ｕ－、I+、I－分别是信号的电压及电流振幅常数，而+、－分别表示沿+z、－z

轴的传输方向，γ

是传输系数，定义为波在z上任一点的总电压及总电流的关系可由下列方程表示：82(2-13)(2-14)将式(2-12)代入式(2-14)，可得一般地，将上式定义为传输线的特性阻抗Z0，即当R=G=0时，传输线没有损耗，无耗传输线的传输系数γ及特性阻抗Z0

分别为83此时，传输系数为纯虚数。大多数的射频传输线损耗都很小，亦即R<<ωL

且G<<ωC，传输线的传输系数可写成式中，α定义为传输线的衰减常数：其中Y0

定义为无耗传输线的特性导纳：

84（2-15）

2.4无耗传输线的工作状态考虑一段特性阻抗为Z0

的传输线，一端接信号源，另一端则接上负载，如图2-13所示。并假设此传输线无耗，且其传输系数γ=jβ

，则传输线上电压及电流可以用下列二式表示：

U(z)=U+e-jβz+U-ejβz

I(z)=I+e-jβz-I-ejβz

85(2-16)图2-13传输线电路862.4.1负载端（z=0处）情况 电压及电流为

U=UL=U++U-

I=IL=I+-I-而Z0I+=U+，Z0I-=-U-，

式（2-17）可改写成

可得负载阻抗为87(2-17)(2-18)(2-19)定义归一化负载阻抗为其中ΓL

定义为负载端的电压反射系数：88(2-20)(2-21)

当ZL=Z0

或为无限长传输线时，ΓL=0，无反射波，是行波状态或匹配状态。当ZL

为纯电抗元件或处于开路或者短路状态时，|ΓL|＝1，全反射，为驻波状态。当ZL

为其他值时，0<|ΓL|≤1，为行驻波状态。线上任意点的反射系数为

(2-22a)

定义驻波比VSWR和回波损耗RL为

89(2-22b)90行波状态91驻波状态92行驻波状态2.4.2输入端（z’=L处）情况反射系数Γ(z)应改成输入阻抗为

由上式可知：

(1)当L→∞时，Zin→Z0。

(2)当L=λ/2时，Zin=ZL。

(3)当L=λ/4时，Zin=Z20/ZL。93(2-23)(2-24)2.5

有耗传输线的工作状态

有耗传输线的传输系数γ=α+jβ

为复数，输入端电压反射系数Γ(-L)应改成

Γ(-L)=ΓLe-2γL(2-25)

而输入阻抗则改成94(2-26)2.6史密斯圆图

阻抗与反射系数是传输线上两个重要的电特性参数。数学公式上的联系可以简化为图解法。史密斯圆图是将归一化阻抗（z=r+jx）的复数半平面（r>0）变换到反射系数为1的单位圆（|Γ|=1）内。已知一点的阻抗或反射系数，用史密斯圆图能方便地算出另一点的归一化阻抗值和对应的反射系数。史密斯圆图概念清晰，使用方便，广泛用于阻抗匹配电路的设计中。随着近年来电子版圆图的普及，使得史密斯圆图得到了大量应用。95用途：解决传输线、阻抗匹配等问题极为有用的图形工具,表示在反射系数平面上。由前节知识可得出96(2-27)(2-28)(2-29)等电阻圆等电抗圆将两组圆图重叠起来就是阻抗圆图。阻抗圆图内任一点的阻抗值及其对应的反射系数可方便地读出。97图2-14等电阻圆图2-15等电抗圆等电阻圆的外边界R=0正电阻的圆均在圆图以内，负电阻的圆均落在圆图外部。负阻的概念在振荡器的研究中很有用。将两组圆图重叠起来就是阻抗圆图。阻抗圆图内任一点的阻抗值及其对应的反射系数可方便地读出。98图2-14等电阻圆等电阻圆的外边界R=0正电阻的圆均在圆图以内，负电阻的圆均落在圆图外部。负阻的概念在振荡器的研究中很有用。所有的圆有且仅有一个交叉点，为(1,0)；零电阻(R=0)的圆是圆图中一个最大的圆；无穷大电阻的圆将缩小为一个位于(1,0)的点；没有负电阻，如果出现，则将出现可能产生振荡的情形；不同的电阻值对应相应的不同的等电阻圆，根据电阻值选择相应的等电阻圆。a.Smith圆图的基本构成99等驻波比曲线图为基底100套覆阻抗图归一化阻抗坐标101归一化导纳坐标阻抗坐标旋转180度102波长数（短路始，向电源）波长数（短路始，向负载）反射系数相位（与x轴夹角，度数）电阻值电抗值驻波比103读图能力104点到点的变换——物理意义b.Smith圆图的求解

1051

已知阻抗，求导纳(或逆问题)2已知阻抗求反射系数和（或逆问题）3已知负载阻抗和求输入阻抗4已知驻波比和最小点,求c.Smith圆图的基本功能

106一一对应2.7

微带线的理论和设计2.7.1各种传输线介绍常见的传输线有同轴线、微带线、带状线、矩形波导、圆波导等，如图2-16所示。前述传输线理论、工作状态分析、圆图计算方法都可用于这些不同形式的传输线。由于材料和结构的不同，每种传输线的传播常数不同。所以，传播常数的计算是各种传输线研究的核心内容。107图2-16常用射频/微波传输线108毫米波传输线主模TEM模同轴线的变形特性阻抗双导线的变形准TEM模MMIC非TEM模几何对称性传输线的定义广义：能够引导电磁波能量沿着一定方向传输的介质。狭义：一种线状结构的介质，且其横向尺寸远小于工作波长金属传输线要求？ 传输效率要尽可能高即传输损耗要尽可能小、带宽要尽可能宽、工作特性稳定、成本低。金属传输线在不同频率范围内使用时，其传输特性不同，需要分别采用不同种类的传输线来适应不同场合。任何一种传输线，其信号能量的传播都是以电磁波的形式进行的。电磁波的波型又称为模式，是指能够独立存在的一种电磁波分布或电磁场结构。平面波的电磁波型分类TE波：横电波，这种波的Ez=0，其电场分量都在横截面上，但有Hz≠0。TM波：横磁波，这种波的Hz=0，其磁场分量都在横截面上，但有Ez≠0。TEM波：横电磁波，即无Ez分量又无Hz分量。电场、磁场分量都在横截面上。金属传输线的种类:

(a)平行双导线(b)同轴线(c)带状线(d)微带

(e)矩形波导(f)圆形波导(g)脊形波导(h)椭圆波导金属传输线分类、使用频段和用途

按传输导行电磁波（导波）分类：1.TEM模(波)(含准TEM模传输线)金属传输线有平行双导线、同轴线、微带传输线等。(1)平行双导线是最简单的TEM波线平行双导线特点：随着传输TEM波的频率增高时，辐射损耗会急剧增加。该传输线只适合于千米波、米波的低频段。(2)同轴线

可消除电磁辐射，用于分米波的高频段至10厘米波段。主要优点是工作频带宽，适合频带较宽的信号传送。（也传输TE、TM波）(3)带状线

由双接地板中间夹有一导体带构成，导体带与双接地板之间是固体介质或空气。带状线可以看成由同轴线演变而来，适合做1GHz以上的高性能无源带状元件，如滤波器、耦合器等。同轴线到带状线的演变（4）微带传输线：是微波集成电路的主要组成部分，微带线它由介质基片上的导体带与底面上金属接地板构成。它也可以看成由平行双导线演变而来。广泛用于1GHz以上制作各种集成微波元器件。平行双导线向微带的演变2.传输TE模(波)和TM模(波)的

金属波导传输线传输线有：矩形波导、圆波导、椭圆波导、脊形波导等特点:金属波导传输线是将电磁波束缚在管内传输的。适用于高频（厘米、分米波段）传输金属波导作为传输线:因电磁波全封闭金属波导管内，则其辐射极微。因波导是空心的没有内导体，波导的击穿强度很高，可传大功率微波信号。波导壁面积大，高频电流的趋表面热损耗小。在平行双导线中传输的行波属于TEM波，而在金属波导中不存在TEM波，只需讨论TE、TM波。同轴线对在低频时传输的波是TEM波，在高频时既有TEM波又有TE和TM波。带状线、微带线传输的主模是TEM波，同样还有TE、TM波存在。2.7.2微带线微带线是一种准TEM波传输线，结构简单，计算复杂。由于各种设计公式都有一定的近似条件，因而很难得到一个理想的设计结果，但都能够得到比较满意的工程效果。加上实验修正，便于器件的安装和电路调试，产品化程度高，使得微带线已成为射频/微波电路中首选的电路结构。目前，微带传输线可分为两大类：一类是射频/微波信号传输类的电子产品，这一类产品与无线电的电磁波有关，它是以正弦波来传输信号的，如雷达、广播电视和通信；另一类是高速逻辑信号传输类的电子产品，这一类产品是以数字信号传输的，同样也与电磁波的方波传输有关，这一类产品开始主要应用在计算机等中，现在已迅速推广应用到家电和通信类电子产品上了。120微带线基本设计参数微带线横截面的结构如图2-17所示。相关设计参数如下：(1)基板参数：基板介电常数εr、基板介质损耗角正切tanδ、基板高度h和导线厚度t。导带和底板（接地板）金属通常为铜、金、银、锡或铝。

(2)电特性参数：特性阻抗Z0、工作频率f0、工作波长λ0、波导波长λg

和电长度（角度）θ。

(3)微带线参数：宽度W、长度L

和单位长度衰减量AdB。121图2-17微带线的横截面结构示意图122

构成微带的基板材料、微带线尺寸与微带线的电性能参数之间存在严格的对应关系。微带线的设计就是确定满足一定电性能参数的微带物理结构。相关计算公式如下。2.综合公式已知传输线的电特性参数（Z0、θ），求微带线的物理结构参数（W、L、AdB）。123解:

其中：124高阻

Z0≥44-2εr

低阻

Z0＜44-2εr

窄带宽带1253.分析公式已知微带线的物理结构参数（W、L、AdB），求电特性参数（Z0、θ）。126解:127

宽带

W≥3.3h

窄带

W≤3.3h

高阻Z0≥44-2εr

低阻Z0＜44-2εr

4.微带线的设计方法由上述综合公式和分析公式可以看出：计算公式极为复杂。每一个电路的设计都使用一次这些公式是不现实的。经过几十年的发展，使得这一过程变得相当简单。微带线设计问题的实质就是求给定介质基板情况下阻抗与导带宽度的对应关系。目前使用的方法主要有：

(1)查表格。早期微波工作者针对不同介质基板，计算出了物理结构参数与电性能参数之间的对应关系，建立了详细的数据表格。这种表格的用法步骤是：①按相对介电常数选表格；②查阻抗值、宽高比W/h、有效介电常数εe

三者的对应关系，只要已知一个值，其他两个就可查出；③计算，通常h

已知，则W

可得，由εe

求出波导波长，进而求出微带线长度。128(2)用软件。许多公司已开发出了很好的计算微带电路的软件。如AWR的MicrowaveOffice、Txline、MicrostripLineCalculator，输入微带的物理参数和拓扑结构，就能很快得到微带线的电性能参数，并可调整或优化微带线的物理参数。数学计算软件Matlab或者Mathcad11具有很强的功能。只要写入数学公式，就能完成计算任务。1295.微带线的色散与频率范围微带线参数是频率相关的（即色散的）。如果频率增加，则越来越多的电场集中在走线和地平面之间的区域。因此，特征阻抗和有效介电常数随着频率而增加。

由于色散效应，使得不同频率的信号分量按不同速度v进行传播。其中，是相速，即一个周期T的时间间隔内电磁波传播的距离为一个波长，c0是真空中的光速。随着传输线长度的增加，宽带信号（比如短脉冲）将表现出失真。

1305.微带线的色散与频率范围

类似于同轴线，高于一定的截止频率微带线也能够传播高阶模。高于该频率，则表面波可以沿着介质-空气界面（表面波模）进行传播。因此，我们可以利用下面的公式来估计高阶模的最低截止频率。截止频率是基片厚度h和相对介电常数的函数。我们可以从介质平板波导的截止频率出发来推导这个公式，即在两个空气半空间之间填充的厚度a=2h的介质层。这两个因素来自于微带线地平面，它代表了平板波导的对称面。在介质平板中，波能够沿着介质-空气接口的总反射曲折路径进行传播。因此，我们能够将最低非-准TEM模的截止频率写为1315.微带线的色散与频率范围例：在氧化铝介质（，）上的微带线截止频率近似为。高于此频率，则会引起高阶模的传播，并带来不需要的效应。

132（微带线的截止频率）6.微带线的衰减微带线的衰减比波导、同轴线大得多，在构成微带电路元件时，应考虑其影响。在忽略辐射损耗时，其衰减由导体衰减和介质衰减构成，导体衰减常数

和介质衰减常数近似为其中，是导体的表面电阻。对于绝大多数微带基片，导体损耗比介电损耗更为重要；然而，某些半导体基片可能除外。1337.微带线常用材料如前所述，构成微带线的材料就是金属和介质，对金属的要求是导电性能，对介质的要求是提供合适的介电常数，而不带来损耗。当然，这是理想情况，对材料的要求还与制造成本和系统性能有关。

1)介质材料高速传送信号的基板材料一般有陶瓷材料、玻纤布、聚四氟乙烯、其他热固性树脂等。表2-1给出了微波集成电路中常用介质材料的特性。就微带加工工艺而言，这些材料有两种实现方式：(1)在基片上沉淀金属导带，这类材料主要是陶瓷类刚性材料。这种方法工艺复杂，加工周期长，性能指标好，在毫米波或要求高的场合使用。134(2)在现成介质覆铜板上光刻腐蚀成印制板电路，这类材料主要是复合介质类材料。这种方法加工方便，成本低，是目前使用最广泛的方法，又称微波印制板电路。135表2-1微波集成电路中常用介质材料的特性136表2-2覆铜板基材的国内外主要生产厂家1372)铜箔种类及厚度选择目前最常用的铜箔厚度有35μm和18μm两种。铜箔越薄，越易获得高的图形精密度，所以高精密度的微波图形应选用不大于18μm的铜箔。如果选用35μm的铜箔，则过高的图形精度使工艺性变差，不合格品率必然增加。研究表明，铜箔类型对图形精度亦有影响。目前的铜箔类型有压延铜箔和电解铜箔两类。压延铜箔较电解铜箔更适合于制造高精密图形，所以在材料订货时，可以考虑选择压延铜箔的基材板。1383)环境适应性选择现有的微波基材，对于标准要求的－55～＋125℃环境温度范围都没有问题。但还应考虑两点，一是孔化与否对基材选择的影响，对于要求通孔金属化的微波板，基材z

轴热膨胀系数越大，意味着在高低温冲击下，金属化孔断裂的可能性越大，因而在满足介电性能的前提下，应尽可能选择z

轴热膨胀系数小的基材；二是湿度对基材板选择的影响，基材树脂本身吸水性很小，但加入增强材料后，其整体的吸水性增大，在高湿环境下使用时会对介电性能产生影响，因而选材时应选择吸水性小的基材或采取结构工艺上的措施进行保护。1398.微带线计算实例已知Z0=75Ω，θ=30°，f0=900MHz，负载为50Ω，计算无耗传输线的特性：反射系数ΓL，

回波损耗RL，电压驻波比VSWR。输入阻抗Zin，输入反射系数Γin。(3)基板为FR4的微带线宽度W、长度L

及单位损耗量AdB。基板参数：基板介电常数εr=4.5，损耗角正切tanδ=0.015，基板高度h=62mm，基板导线金属铜，基板导线厚度t=0.03mm。140解：141(3)用MicrowaveOffice和Mathcad11都可以计算出微带物理参数如下：

W=1.38mm

L=15.54mm

AdB=0.0057dB/m1422.8波导和同轴传输线简介2.8.1波导通常使用的是矩形波导，基本结构尺寸是a×b的矩形横截面，长度一般要大于几个波长，如图2-18所示。143图2-18矩形波导一般情况下，矩形波导传输的H10

模，场方程为144电磁场只有三个分量，与y无关，说明三个分量在y

方向没有变化。电场在x

方向呈正弦分布，在a/2处为最大值，电力线垂直于波导宽边。磁场有x

和z

两个方向，其中x方向在a/2处最大，z方向在a/2处最小，磁力线呈椭圆面形，与波导宽边面平行。H10

模的电磁场沿z方向向λg/2内的立体结构就像一个“鸟笼”，如图2-19

所示。用波导结构做微波元件，必须搞清楚电磁场结构。145图2-19矩形波导主模H10

的电磁场结构146

波导内传输的是色散波，波导内的波长比自由空间波长大，为波导的尺寸选择原则是，只有主模传输，有足够的功率容量，损耗小，尺寸尽可能小。考虑这些因素，通常取a=0.7λ147

波导尺寸与信号的工作频率有关，可以想象，波导a×b

一定，所能传输的信号只是一个频率段。为了加工方便，连接规范，国家对波导a×b

有标准规定，由铜材加工厂生产不同频段的标准波导。在此基础上设计波导元件，截短使用，进行加工和表面处理。表2-3给出了波导标准频段和尺寸。148表2-3波导标准频段和尺寸1492.8.2同轴线同轴线广泛应用于射频和微波低端，同轴线与微带的连接很方便。一般地，同轴线分为三类：刚性同轴线，主要是空气介质的同轴元件和陶瓷类刚性介质的同轴元件，这类元件尺寸比较灵活，由设计而定；软同轴电缆，用于信号传输、系统连接和测试仪器，尺寸有国家统一标准；半刚性电缆，主要是系统连接，尺寸有国家标准，根据实际需要选用。同轴线的尺寸选择原则是，只有主模TEM模传输，有足够的功率容量，损耗小，尺寸尽可能小。尺寸的选择就是决定内导体外半径a

和外导体内半径b

的值。按照这些条件可归纳不同用途的同轴线尺寸，由表2-4给出。150表2-4同轴尺寸选择原则151

对于软同轴电缆和半刚性电缆，其标准国内外厂家均有手册可参阅，这类电缆要和同轴接头配套使用。152微波电路与系统第三讲——匹配理论第3讲匹配理论3.1基本阻抗匹配理论3.2集总参数匹配电路3.3微带线型匹配电路3.4波导和同轴线型匹配电路3.5微波网络参数154第3讲匹配理论1553.1基本阻抗匹配理论3.2集总参数匹配电路3.3微带线型匹配电路3.4波导和同轴线型匹配电路3.5微波网络参数3.1基本阻抗匹配理论匹配电路的概念及意义1共轭匹配2行波匹配3156匹配电路的概念及意义在设计射频电路匹配网络时，主要考虑以下四个方面的要求：简单性带宽可实现性可调节性匹配电路的功能是将一个阻抗ZL变换到另一个想要的阻抗Z0上去。匹配关系到系统的传输效率、功率容量和工作稳定性等。从信号源到负载实现最大功率传输。减小线路反射，目的是减小噪声干扰、提高信噪比。传输相同功率时线上电压驻波系数最小，功率承受能力最大。157匹配电路的概念及意义1共轭匹配2行波匹配33.1基本阻抗匹配理论158共轭匹配负载ZL获得最大传输功率的条件基尔霍夫定理得电路中电流159图3-1信号源和负载连接电路负载Zin的电压负载Zin上的平均功率Pin取最大值最大功率传输时，负载和信号源内阻满足共轭条件共轭匹配160匹配电路的概念及意义1共轭匹配2行波匹配33.1基本阻抗匹配理论161行波匹配

行波匹配：为使负载吸收全部入射功率而无反射波，应使负载阻抗与传输线的特性阻抗相等。既要求信号源输出最大功率，又要求达到行波匹配，必须保证两个条件：信号源的内阻抗Zg必须为实数且等于传输线的特性阻抗Z0（即信号源为匹配源时）；终端负载ZL也必须等于Z0；实际情况中很难同时满足这两个条件。162行波匹配163图3-2传输系统匹配示意图匹配概念匹配包括两个方面传输线与负载之间的匹配。信号源与负载之间的共轭匹配。需要注意：匹配的概念与匹配区域相关，以后将清楚看到，在匹配区域外，实际上是存在反射波的。164第3讲匹配理论1653.1基本阻抗匹配理论3.2集总参数匹配电路3.3微带线型匹配电路3.4波导和同轴线型匹配电路3.5微波网络参数集总参数匹配电路L型匹配电路1Π型匹配电路2T型匹配电路3166L型匹配电路L型的匹配是最简单可行的匹配网络。通过两个电抗性的元件将负载阻抗ZL变换到需要的输入阻抗Zin。167图3-3L型匹配网络的两种结构八种不同的电路结构（1）168八种不同的电路结构（2）169采用解析计算，求出元件的值解析计算法可以得到非常精确的结果，但是相对较为繁琐。通过利用Smith圆图作为图解设计工具。Smith圆图解法更为直观，容易验证。L型匹配电路170解析法Smith圆图解法L型匹配电路171解析法假设负载阻抗if在Smith阻抗圆图阻值为1的圆之内if在Smith阻抗圆图阻值为1的圆之外172解析法173例题3.1已知负载阻抗为100+j10Ω，传输线特性阻抗为10Ω，工作频率为600MHz，用解析法设计一个行波匹配下的L型匹配网络，要求匹配网络为低通型，给出L型匹配网络具体结构和元件的参数值。解：因为匹配网络为低通型，故我们采用如下L型匹配网络。在行波匹配的条件下，需要将负载阻抗100+j10Ω变换到传输线特性阻抗10Ω。假设电容的导纳为jB（B为正数），电感的阻抗为jX（X为正数），有174，得到联立以上两个方程，可以解得：其中求解出来的B和X应该都为正数。将XL=10，RL=100，Z0=10带入，在B为正数的情况下，可以求得：则有例3.1175L型匹配电路解析法Smith圆图解法176并联或串联电抗元件在圆图上的表示1234预备知识1771.串电感4.并电容2.串电容5.串传输线3.并电感射频

操178预备知识预备知识179例3.2：已知发射机在2GHz频率点的阻抗是ZT=(150+j75)Ω。请设计一个如图所示的L形匹配网络，使阻抗为ZA=(75+j15)Ω的天线能够得到最大功率。特性阻抗75Ω，则发射机和天线的归一化阻抗为:

zTzTzT由图可得:

发射机加匹配网络的阻抗ZM必须等于天线阻抗ZA的共轭复数。常规双元件匹配网络的设计例3.3：已知源阻抗ZS=(50+j25)Ω,负载阻抗ZL=(25-j50)Ω，传输线的特性阻抗为Z0

=50Ω，工作频率f=2GHz。请利用Smith圆图设计分立参数双元件匹配网络，并给出所有可能的电路结构。预备知识182

图3-4基本电路的输出功率(a)基本电路;(b)输出功率与阻抗比例的关系(3-1)当k=1时，Po得到最大值预备知识183

图3-4基本电路的输出功率(a)基本电路;(b)输出功率与阻抗比例的关系当k=1时，Po得到最大值一个给定的信号源，当负载电阻跟信号源内阻相等时，负载可获得最大输出功率，这就是常说的阻抗匹配之一。预备知识阻抗变换：串联元件转换为并联元件对于单一频率点，变换前后阻抗保持不变，电路品质因数保持不变电抗型元件，可表示电感或电容的阻抗值假设负载为纯电阻特性，则可用以下几个步骤完成L型匹配电路的设计184例题3.4有一个非理想电感线圈，其电感量10nH，串联损耗电阻为2Ω，求：(1)工作在500MHz下的QC；(2)工作在500MHz时的并联等效电路结构。解：

185设计步骤步骤一：确定工作频率、输入阻抗及输出阻抗。步骤二：电路共轭匹配时186步骤三：判别设计步骤187步骤四：if选择LS-CP低通型CS-LP高通型orLSCPCSLP设计步骤188步骤五：if选择CP-LS低通型LP-CS高通型orLSCPCSLP设计步骤189例题3.5已知信号源内阻抗为50Ω，信号频率为500MHz，负载阻抗为250Ω，设计信号源和负载之间的L型匹配网络，使得负载吸收的功率达到最大。要求匹配网络为低通型，给出L型匹配网络具体结构和元件的参数值。解：为使负载吸收的功率最大，信号源处应该是共轭匹配，应把负载阻抗250Ω变换到50Ω，低通型匹配网络的结构如下：190电路的品质因数有以下等式成立求得：例题3.5191拓扑网络的选择标准：匹配电路元件值容易实现考虑频率响应、直流偏置、稳定性L型匹配网络均是由电感或电容的串联或并联形式构成，其网络结构的频率响应可能是低通、高通响应。拓扑网络的选择192匹配网络的性能匹配网络只能在某一个频点f0上实现良好的匹配，若工作频率偏离该频点将导致匹配恶化。匹配网络可以是谐振频率为f0的谐振电路，匹配网络也因此可以用有载品质因数QL来描述，其量值等于谐振频率f0与3dB带宽(BW)的比值：Q值越高，匹配电路的带宽越窄；Q值越低，匹配电路的带宽越宽例：已知信号中心频率为800MHz，采用的匹配网络最大品质因数为5，则电路的带宽为160MHz。193194L网路的局限性：RS和RL确定Q值确定可能会不满足滤波性能的指标可采用三个电抗元件组成的Π和T型网络L型匹配电路1Π型匹配电路2T型匹配电路3集总参数匹配电路195Π型匹配电路П型匹配电路比使用两个元件的L型匹配网络增加一个节点，从而使匹配电路的品质因数可调。196197П型匹配电路RS经L1C1向右变换为中间的假想电阻RinterRinter<RSRL经L2C2向左变换为中间的假想电阻RinterRinter<RL图3-24198П型匹配电路199П型匹配电路的设计步骤如下（以Rs＜RL为例）：步骤一:确定工作频率fc、负载Q值、输入阻抗Rs及输出阻抗RL,并求出RH=max(Rs,RL)。步骤二：根据图3-10(a)中所示及下列公式计算出Xp2、Xs2、Xp1及Xs1：(3-20)

(3-21)

200步骤三:依据电路选用元件的不同，可有四种形式，如图所示。例3.6设计一个工作中心频率为600MHz，带宽为200MHz的Π型阻抗变换器，将负载阻抗150Ω变换到100Ω。给出Π型阻抗变换器具体结构和元件的参数值。解：选用Π型阻抗变换器的具体结构如下：电路的负载Q值为负载和信号源均下变换到的电阻值为201有以下等式成立：得到：有以下等式成立：得到：例3.6202例3.7设计一个工作中心频率为600MHz，带宽为200MHz的Π型阻抗变换器，将负载阻抗300Ω变换到150Ω。给出Π型阻抗变换器具体结构和元件的参数值。解：选用Π型阻抗变换器的具体结构如下：电路的负载Q值为负载和信号源均下变换到的电阻值为203有以下等式成立：得到：有以下等式成立：得到：例3.7204集总参数匹配电路L型匹配电路1Π型匹配电路2T型匹配电路3205T型匹配电路T型匹配网络(T-typeMatchingNetwork)比使用两个元件的L型匹配网络增加了一个节点，从而使匹配电路的品质因数可调。206207T型匹配电路T型匹配电路与L型匹配电路的分析设计方法类似。下面仅以纯电阻性信号源和负载(且Rs＜RL)为例介绍基本方法。

208

步骤一:确定工作频率fc、负载Q值、输入阻抗Rs及输出阻抗RL,并求出Rsmall=min(Rs,RL)。

步骤二：依据图3-8(a)所示的T型匹配电路,按下列公式计算出Xs1、Xp1、Xp2及Xs2。

(3-18)

(3-17)

209步骤三:根据电路选用元件的不同,可有四种形式,如图3-8(b)、(c)、(d)、(e)所示。其中电感及电容值的求法如下：

(3-19)

图3-5T型匹配电路及其具体形式例3.5设计一个工作中心频率为1GHz，带宽为200MHz的T型阻抗变换器，将负载阻抗50Ω变换到200Ω。给出T型阻抗变换器具体结构和元件的参数值。解：选用T型阻抗变换器的具体结构如下：电路的负载Q值为负载和信号源均上变换到的电阻值为210有以下等式成立：得到：有以下等式成立：得到：例3.5211第3讲匹配理论2123.1基本阻抗匹配理论3.2集总参数匹配电路3.3微带线型匹配电路3.4波导和同轴线型匹配电路3.5微波网络参数第3讲匹配理论2133.1基本阻抗匹配理论3.2集总参数匹配电路3.3微带线型匹配电路3.4波导和同轴线型匹配电路3.5微波网络参数并联型微带匹配电路13.3微带线型匹配电路214串联型微带匹配电路2215并联型微带匹配电路1串联型微带匹配电路23.3微带线型匹配电路216并联型微带匹配电路1串联型微带匹配电路2微带单枝节匹配电路微带双枝节匹配电路3.3微带线型匹配电路217并联型微带匹配电路——单枝节匹配电路图3-6单枝节匹配电路的基本结构四个可调整参数：短截线的长度ls和特性阻抗Z0s，传输线的长度lL和特性阻抗Z0L；四个参数的合理组合，可以实现任意阻抗之间的匹配；Z0s和Z0L均取为Z0，通过调整长度实现阻抗匹配。先并后串先串后并短路短截线和开路短截线开路点短路点复习——终端开路/短路时传输线阻抗特性周期是λ/2复习——终端开路/短路时传输线阻抗特性(1)传输线终端短路时，输入阻抗为等价电容等价电感等价开路复习——终端开路/短路时传输线阻抗特性(2)传输线终端开路时，输入阻抗为等价电容等价短路等价电感221并联型微带匹配电路——单枝节匹配电路图3-6单枝节匹配电路的基本结构并联先并后串先串后并1.串电感4.并电容2.串电容5.串传输线3.并电感射频

操222并联元件用导纳计算比较方便。利用归一化导纳与电流反射系数的关系可以构造导纳圆图。阻抗和导纳互为倒数的关系，利用这种关系可以把阻抗圆图看成导纳圆图。223复习——导纳圆图相关公式224类比在ΓI平面上的映像曲线圆与史密斯圆图完全一样，称其为导纳圆图。导纳圆图和阻抗圆图的对应关系导纳圆图阻抗圆图同一张圆图既可作阻抗圆图用，也可以作导纳圆图用。具体