射频电路基础讲义 田庆诚

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射频电路基础
台湾中华大学
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射频电路基础讲义PDF 视屏同步讲义， 田庆诚 2.The Principle of Smith Chart.ppt 2.The Principle of Smith Chart.ppt 3.Scattering Parameters and Vector Network Analyzer.ppt 4.Impedance Matching Network Design (I).ppt 5.Impedance Matching Network Design (II).ppt 6.Transmission Line Effects in High Speed Digital PCBs.ppt
2019-04-20
1
中華大學 通訊系 1
The Concept of
Impedance Matching
中華大學 通訊系 田慶誠
tien@chu.edu.tw
03 5186030
中華大學 通訊系 2
Why Impedance Match?
High impedance (Open) or Low
impedance (Short) Load?
Hard to implement for high frequencies.
Position dependent.
No power transfer is possible!
Multiple reflections can result in group delay
variations that can produce undesired
intermodulation in broadband systems.
Unstable in active device measurement
中華大學 通訊系 3
Why Impedance Match?
Advantages of the matched load condition
Ability to measure and adjust to known conditions.
Uniquely removes the requirement for a specific
reference plane.
Power-handling capacity of a transmission line is
maximum.
Easily interconnect a number of different
components into a system
中華大學 通訊系 4
RF Amplifier Block Diagram
Transistor
Input
Matching
Network
Output
Matching
Network
50
50
DC Bias
Circuit
2019-04-20
2
中華大學 通訊系 5
Thevenin’s Equivalent
RF Source
Z
0
=50
Z
IN
V
S
+
-
P
+
P
r
P
IN
V
S
: Thevenin’s equivalent source voltage
Z
0
(50): Thevenin’s equivalent source impedance
只需考慮Source能提供多少入射功率P
+
，至於50消
耗多少功率及V
S
電壓位於電路內部的那一個位置並無
物理意義。
中華大學 通訊系 6
Maximum Power Transfer
from Source
Z
IN
()
P
L
P
AVS
50
0
Maximum available power from source (P
AVS
)
is transferred to load when Z
IN
=Z
0
=50.
中華大學 通訊系 7
Incident Power of RF Source
50
50
V
S
+
-
P
+
P
r
P
IN
Incident power P
+
=P
AVS
=P
IN
=
(將不隨負載Z
IN
而變)
50
2/V
2
1
2
S
Reflected power P
r
=0 as Z
IN
=50.
中華大學 通訊系 8
Incident Voltage (V
+
) and
Current (I
+
) Waves
50
50
V
S
+
-
V
+
V
-
V
IN
50
50
V
S
+
-
I
+
I
-
I
IN
No Reflection
V
-
=0, I
-
=0
V
+
=V
IN
=V
S
/2
50
I
V
當沒有反射發生時，此時的電壓和電流即為入射
電壓及入射電流
。
2019-04-20
3
中華大學 通訊系 9
Superposition of Voltages
and Currents
Z
0
=50
Z
IN
V
S
+
-
V
+
V
-
V
IN
I
+
I
-
I
IN
電壓及電流疊加原理：V
+
+V
-
= V
IN
I
+
- I
-
= I
IN
50Z
I
V
I
V
0
0
IN
IN
IN
Z
II
VV
I
V
Z
特性阻抗 輸入阻抗
+
-
中華大學 通訊系 10
Impedance Mismatch
電路、傳輸線特性如同日常生活中的水管
管徑(特性阻抗)不同將造成反射
截面積 A= 流量 Q / 流速 v
特性阻抗 Z
0
= 入射電壓 V
+
/ 入射電流 I
+
A
1
A
2
中華大學 通訊系 11
Input Impedance, Z
IN
v.s.
Voltage Reflection Coefficient,
0IN
0IN
ZZ
ZZ
V
V
1
1
Z
I
V
Z
0
IN
IN
IN
V
-
= V
+
0
IN
IN
Z
V
)1(I
V)1(V
中華大學 通訊系 12
ir
j
XjRZ
1
1
Z
Z
xjrz
0
Z
0
=Reference impedance
z= Normalized impedance
r= Normalized resistance
x= Normalized reactance
Impedance, Z v.s.
Voltage Reflection Coefficient,
2019-04-20
4
中華大學 通訊系 13
Impedance Plane and
Smith (Z) Chart
Devised by P. H. Smith, January 1939.
r
+jx
-jx
r=1
x=1
x=-1
x=-1
x=1
r=1
x=0
r=0
r=0
z=0
z=0
x=0
中華大學 通訊系 14
ir
j
BjG
Z
1
Y
1
1
Y
Y
bjgy
0
Y
0
=Reference admittance
y= Normalized admittance
g= Normalized conductance
b= Normalized susceptance
Admittance, Y v.s.
Voltage Reflection Coefficient,
中華大學 通訊系 15
Admittance Plane and
Smith (Y) Chart
Devised by P. H. Smith, January 1939.
g
+jb
-jb
g=1
b=1
b=-1
b=0
g=0
g=0
b=-1
b=1
g=1
g=0
y=0
b=0
中華大學 通訊系 16
0 0. 5 1 1.5 2 2. 5 3
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
Physical Phenomenon of
Standing Wave
Z
IN
=
50+j50
Z
0
=50
Distance x
(Wavelength)
Voltage
V(x,t)
2V
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5
中華大學 通訊系 17
Standing Wave Pattern
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
Z
0
=50
Distance
(Wavelength)
Voltage
V
MAX
V
MIN
V(x,t)
2V
Z
IN
=
50+j50
Standing Wave Pattern
中華大學 通訊系 18
Voltage Standing Wave Ratio,
VSWR
1
1
MIN
MAX
V
V
VSWR
1VSWR
1VSWR
工業界一般RF電路要求標準： VSWR<2.0
中華大學 通訊系 19
Power Reflection and
Transmission
Z
0
=50
Z
IN
V
S
+
-
P
+
P
r
P
IN
Power conservation rule: P
+
= P
r
+ P
IN
50
V
2
1
P
2
2
2
r
P
50
V
2
1
P
)1(PP
2
IN
中華大學 通訊系 20
Return Loss
One-port network
log20
P
P
log10)dB(RL
r
Return loss, RL(dB)
)dB(SSlog20log20RL
1111
Two-port network
2222
1111
Slog20log20RL
Slog20log20RL
)dB(RL)dBm(P)dBm(P
r

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