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射频电路基础讲义田庆诚

射频电路基础

台湾中华大学

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56页

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

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2019-04-20

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

DC Bias

Circuit

2019-04-20

中華大學通訊系 5

Thevenin’s Equivalent

RF Source

=50

: Thevenin’s equivalent source voltage

(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

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

()

AVS

50

Maximum available power from source (P

AVS

)

is transferred to load when Z

=50.

中華大學通訊系 7

Incident Power of RF Source

50

Incident power P

AVS

(將不隨負載Z

而變)

2/V

Reflected power P

=0 as Z

=50.

中華大學通訊系 8

Incident Voltage (V

) and

Current (I

) Waves

50

No Reflection

=0, I





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

中華大學通訊系 9

Superposition of Voltages

and Currents

=50

電壓及電流疊加原理：V

= V

- I

= I







50Z

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

= 入射電壓 V

/ 入射電流 I

中華大學通訊系 11

Input Impedance, Z

v.s.

Voltage Reflection Coefficient, 

0IN

















=  V

)1(I

V)1(V







中華大學通訊系 12



XjRZ









xjrz

=Reference impedance

z= Normalized impedance

r= Normalized resistance

x= Normalized reactance

Impedance, Z v.s.

Voltage Reflection Coefficient, 

2019-04-20

中華大學通訊系 13

Impedance Plane and

Smith (Z) Chart

Devised by P. H. Smith, January 1939.

+jx

-jx

r=1

x=1

x=-1

x=1

r=1

x=0

r=0

z=0

x=0

中華大學通訊系 14



BjG

Y 







bjgy

=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.

+jb

-jb

g=1

b=1

b=-1

b=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

0.5

1.5

Physical Phenomenon of

Standing Wave

50+j50

=50

Distance x

(Wavelength)

Voltage

V(x,t)

2019-04-20

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

0.5

1.5

=50

Distance

(Wavelength)

Voltage

MAX

MIN

V(x,t)

50+j50

Standing Wave Pattern

中華大學通訊系 18

Voltage Standing Wave Ratio,

VSWR







MIN

MAX

VSWR

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

=50

Power conservation rule: P

= P

+ P





P 





)1(PP





中華大學通訊系 20

Return Loss

One-port network





log20

log10)dB(RL

Return loss, RL(dB)

)dB(SSlog20log20RL

1111



Two-port network

2222

1111

Slog20log20RL



)dB(RL)dBm(P)dBm(P





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