微波网络与Smith圆图

sunkong

今天我们接着学习微波网络和Smith圆图相关的介绍。内容比较简单。

• 射频工程师必知必会——射频微波通信系统基础
• 射频工程师必知必会2——微波电路的基本常识
  

3. 微波网络及网络参数

3.1具有特定内容（含义）的特殊微波网络

3.1.1平行耦合线定向耦合器

图28平行耦合线定向耦合器

3.1.2兰格（Lange）定向耦合器

图29 Lange定向耦合器

3.1.3威尔金森（Wilkinson）功分器/合路器

图30功分器/合路器

3.1.4阶梯阻抗变换器

图31阶梯阻抗变换器

3.1.5微带线低通滤波器

图32微带线低通滤波器

3.1.6平行耦合线带通滤波器

图33平行耦合线带通滤波器

3.1.7其它，如交指滤波器、谢夫曼移相器及分支线定向耦合器等，也都具有固定（特定）的网络形式。

3.2一般网络

微波网络是由各种微波元件根据需要组合而成，所以网络的形式具有任意性。上面介绍的那些特殊网络只是其中一些典型的形式而已。

一般来说，简单的网络通常是窄带的电路，如λg/4线。这一点，在设计宽带匹配电路时，需要引起注意。

3.3网络参数

我们经常使用S参数（即散射参数）来描述微波网络。以下面的二端口网络为例。

图34 二端口微波网络

在图34所示的二端口微波网络中，a1和b1分别为端口1的归一化入射电压波和反射电压波；a2和b2分别为端口2的归一化入射电压波和反射电压波。二端口微波网络的输入和输出之间的关系可以表示为

即

其中

式（1）称做散射方程，叫散射矩阵或散射参数。

由式（1）可以得出二端口网络的S参数为：

通过上面的分析我们可以看出，微波网络的S参数具有确定的物理意义。实际上，我们以往所经常使用的如Z参数、Y参数和H参数等均可以通过计算与S参数互相换算。但在微波频率上，只有S参数是可以测量出来的，这样也就解决了微波网络参数的测量问题。

另外，对于端口数为N的多端口网络，我们同样可以得到类似于式（1）的表达式，这时为N×N维的矩阵。

4.史密斯（Smith）圆图

Smith圆图是一个非常有用的图形化的匹配电路设计和分析工具，且方便有效，在微波电路设计过程中会经常用到。

另外，Smith圆图有阻抗圆图和导纳圆图两种形式，可以视具体情况选用。

图35 Smith阻抗圆图

图36 Smith圆图的应用示例

图37 图解用的Smith圆图标准图纸

由图35我们可以看到，在Smith阻抗圆图中存在等电阻圆、等电抗线、纯电阻线、电感平面（jωL）、电容平面（1/ jωC）、开路点、短路点和50Ω点等等。

当然，相对应的在导纳圆图中也存在等电导圆和等导纳线等。

阅读全文