射频电路第3次课ppt(精)

17射频传输线射频信号可以通过无线信道传输，即自由空间传输，也可以通过有线信道传输，即传输线传输。无线信道介于无线收发信设备之间，属于无线通信范畴，有专门的学科来研究其属性。传输线介于收发信设备之间，以及介于设备内部的各单元之间和元器件之间。射频传输线设计是射频有线网络、射频微波工程、光纤通信计是射频有线网络射频微波程光纤通信等光电工程的基础。171射频传输线的种类射频传输线有波导WAVEGUIDE、同轴电缆射频传输线有波导WAVEGUIDE、同轴电缆CABLE、平行线PARALLELLINE、PCB微COAXIALCABLE、平行线PARALLELLINE、PCB微LINE和带状线PCB带线PCBMICROSTRIPLINE和带状线PCBSTRIP带线PCBLINE。波导传输射频信号的优点是功率容量大、损耗低，特波导传输射频信号的优点是功率容量大、损耗低，特别适合波长在10CM以上的波段。它的缺点是体积大别适合波长在10CM以上的波段。它的缺点是体积大重量大。同轴电缆适合传输信号功率不大，对传输线损耗要求同轴电缆适合传输信号功率不大，对传输线损耗要求不高的场合。平行线是两条材质和直径相同，在绝缘介质的支撑下平行线是两条材质和直径相同，在绝缘介质的支撑下相互平行的导线。它的特点是结构简单、成本低廉，早期无线电视经常用它作为天线的馈线。近年来，随着航天科技、移动通信和以RFID为基础近年来，随着航天科技、移动通信和以RFID为基础的物联网的发展，对射频元器件的小型化、轻量化、宽频带、易集成等提出了更高的要求。因此又发展了PCB微带线和带状线。PCB微带线和带状线。传输功率容量大、损耗低，适合传输波长在10CM以传输功率容量大、损耗低，适合传输波长在10CM以上的射频信号。它的缺点是体积大重量大。适合传输信号功率不大，对传输线损耗要求不高的场合结构简单、成本低廉，早期无线电视经常用它作为天线的馈线。夹在两个接地平板之间的夹在两个接地平板之间的信号线叫做带状线。信号线叫做带状线。未夹在两个接地平板之间的信号线叫做微带线。的信号线叫做微带线。制作在同一块印刷电路板上的带状线和微带线。172射频传输线的特性阻抗特性阻抗CHARACTERISTICIMPEDANCE和信特性阻抗CHARACTERISTICIMPEDANCE和信号传输延迟TRANSMISSIONDELAY是传输号传输延迟TRANSMISSIONDELAY是传输线的两个基本特性。这里，我们首先讨论特性阻抗。从电磁场理论来看，在传输射频信号时，从电磁场理论来看，在传输射频信号时，传输线参考平面之间的介质中将产生传输线与参考平面之间的介质中将产生交变的电磁。例如，PCB微带线或带交变的电磁场。例如，PCB微带线或带状线与地/电源平面之间。行波传输时，状线与地电源平面之间。行波传输时，介质中电场强度与磁场强度之比就是传输线的特性阻抗，即V/M/I/M欧姆。输线的特性阻抗，即V/M/I/M欧姆。或者说，行波传输时传输线上的电压V与或者说，行波传输时传输线上的电压V电流I之比V/I就是传输线的特性阻抗。电流I之比V需要注意的是，特性阻抗是在行波传输时测得的，仅对射频信号有意义，它反映传输线对射频信号的传输特性。它不是传输线的直流电阻。如果传输射频信号的传输线的特性阻抗不一致在某处发生了变化射频信号就会致，在某处发生了变化，射频信号就会在阻抗变化处产生反射。从分布参数理论来看，传输线是一个分布从分布参数理论来看，传输线是一个分布参数系统。传输线的分布参数通常用单位长度上的电感L、电容C、电阻R和电导G长度上的电感L、电容C、电阻R和电导G来表示。我们将一条较长的传输线分割成若干长度为I的小线段。这些小线段的等效电路表示如下如下图所示，无数个长度为I的小线段的等效电路串联组成整个传输线的等效电路。如下图所示，组成传输线的每一小线段的阻抗相等，均为Z0。相等，均为Z其中串联阻抗为ZSIRJL其中串联阻抗为Z并联阻抗为ZP1/IGJC1/YP并联阻抗为Z1/I这里，I是线段长度；R、L、C和G分别是单是线段长度；R位长度上的电阻、电感、电容和电导。因此，传输线可由阻抗均为Z0的细小线段等效因此，传输线可由阻抗均为Z的细小线段等效如下。Z0的计算式为IRJL12RJLZ0IRJL4222GJCZ0就是传输线在无损耗条件下的特性阻抗，它与单位传输线上的L与单位传输线上的L、C、R和G有关。因为小线段的长度I很小，I2就更小，所以I和I2就更小，所以I项可以忽略。特性阻抗的计算式可以简化为RJLZ0GJC当频率很低时（F1KHZ），L和C很小可以当频率很低时（F1KHZ），忽略，计算式进一步简化为忽略，计算式进步简化为RZ0G当频率很高时F100KHZ，L和C很大，R当频率很高时F100KHZ，很大，R和G可以忽略，计算式进一步简化为LZ0C从L可以看出，传输线的特性阻抗与频率关Z0C系不大，主要取决于传输线分布参数的大小。而传输线分布参数的大小主要由传输线的几何结构和绝缘介质的特性决定。由于同一型号传输线的几何结构和绝缘介质相同，它们的分布电感L、线的几何结构和绝缘介质相同，它们的分布电感L电容C、电阻R和电导G是相同的，所以特性阻抗相电容C、电阻R和电导G同。不同型号传输线的几何结构和绝缘介质不同，它们的分布参数也不同所以特性阻抗不同它们的分布参数也不同，所以特性阻抗不同。传输线横截面上电磁场的瞬时分布与二维静电场、静磁场的分布相似，可借助静电场和静磁场分析方法计算分布参数C和L算出特性阻抗。工程实践中法计算分布参数C可以采用本教材第16章介绍的“测量寄生电容与寄生可以采用本教材第16章介绍的“电感”电感”的方法来测量分布电容和分布电感，以及特性阻抗。1、同轴电缆的特性阻抗同轴电缆的特性阻抗由下式计算。L138DZ0LGCRDC单位长其中，L单位长度电缆的电感量亨/米；C单位长其中，L单位长度电缆的电感量度电缆的电容量法/米D为内导体半径D为外导体度电缆的电容量米；为内导体半径；米；D为内导体半径；D半径R为介质的相对介电常数。半径从公式看出，同轴电缆的特性阻抗与内外导体半径之从公式看出，同轴电缆的特性阻抗与内外导体半径之比和介质的相对介电常数有关。同轴电缆的特性阻抗可以有35125很多种其中同轴电缆的特性35125很多种75绝大多数种类的阻抗为50或75。常用于接收天线的同轴电缆有常用于接收天线的同轴电缆有以下几种RGRGRG8/U或RG8/AU50大直径RG58/U或RG58/AU50小直径RGRGRGRGRG174/U或RG174/AU50微直径RGRG75RG11/U或RG11/AU75大直径RGRG75RG59/U或RG59/AU75大直径大直径同轴电缆较之小直径同轴电缆的信号损失要大直径同轴电缆较之小直径同轴电缆的信号损失要稍微小些。当传输距离很长时可以考虑使用大直径当传输距离很长时可以考虑使用大直径稍微小些。当传输距离很长时可以考虑使用大直径同轴电缆。一般短距离传输选择小直径RG58/U或同轴电缆。一般短距离传输选择小直径RG58/U或RG59/U同轴电缆例如，作为接收天线馈线因为RG59/U同轴电缆例如，作为接收天线馈线它们更容易敷设。它们更容易敷设。微直径的RG174主要作为器件之间的连接例如接收微直径的RG174主要作为器件之间的连接器和预选器之间在平衡变压器、共轴转换器和仪器和预选器之间在平衡变压器、应用有时也用在接收天线上。器上应用有时也用在接收天线上。2、平行传输线的特性阻抗、平行传输线的特性阻抗平行传输线两条线上传输的信号电压、电流大小相等，相位极性相反。两条线路之外的电磁场将相互抵消，相位极性而两条线路之间的场强相互加强。因此，平衡式传输线对其他线路产生的噪声干扰得到抑制，也不易受其他线路产生的噪声干扰。平行线的特性阻抗是两条导线之间的阻抗，它与每条线地的特性它们之间的离有关导线对地的特性阻抗及它们之间的距离有关。当平行线间距很大时，特性阻抗最大是单线对地特性阻抗的两倍。当平行线之间的间距缩小时，平行线特性阻抗也降低。平行线之间的间距越小，它们之间的阻抗也越低。平行线线特性阻抗一般为100，或75。平行线线特性阻抗一般为100，或75。PCB微带线和带状线3、PCB微带线和带状线如图所示如图所示印制电路板传输线的两个基本形式是微带线和带状线。微带线由印制电路板一面的信号线与另线和带状线。微带线由印制电路板一面的信号线与另一面的接地平板构成。带状线的信号线夹在两个接地一面的接地平板构成。带状线的信号线夹在两个接地平板之间。PCB通常使用强化玻璃环氧树脂作为绝缘平板之间。PCB通常使用强化玻璃环氧树脂作为绝缘G10、FRPTFE。材料，例如G10、FR4或PTFE。带状线与微带线相比，优点在于信号线位于两个接地带状线与微带线相比，优点在于信号线位于两个接地平板之间的夹层，接地板对信号线的围绕紧密。微带平板之间的夹层，接地板对信号线的围绕紧密。微带线的信号线没有被接地板包围，产生的泄漏场使得微带线难于分析。这些泄漏场减小了电路板的有效”这些泄漏场减小了电路板的“带线难于分析这些泄漏场减小了电路板的“有效”介电常数，抬高了阻抗。这是因为一些场线穿过了空气，而空气的介电常数是1，而典型的印制电路板材气，而空气的介电常数是1FR4为47。料FR4为47。微带线和带状线的特性阻抗ZO及电长度与信号线的微带线和带状线的特性阻抗ZO及电长度与信号线的宽度、厚度、到接地板的距离和相对介电常数R有关。宽度、厚度、到接地板的距离和相对介电常数ZO及电长度的计算比较复杂，可用一些软件完成。ZO及电长度的计算比较复杂，可用一些软件完成。173同轴电缆的结构同轴电缆是用于传输射频信号的最普通传输同轴电缆是用于传输射频信号的最普通传输线。它由同心的两导体组成。线。它由同心的两层导体组成。之所以叫做同轴”是因为两层导体有一条相同的轴线“同轴”是因为两层导体有一条相同的轴线112。内层导体是一根实心的导线图112。内层导体是一根实心的导