二.传输线分析.ppt

1 射频电路设计 第二章传输线分析 2 当波长可与分立的电路元件的几何尺寸相比拟时 电压和电流不再保持空间不变 必须把它们看做是传输的波 基尔霍夫电流定律和电压定律没有考虑这些空间的变化 本章的目的是概述集总电路向分布电路表示法过渡的物理前提 给出分布电路理论的基本概念 3 2 1传输线理论的实质 相速度 4 根据经验 当分立的电路元件平均尺寸l大于波长的1 10时 应该用传输线理论 例如 1 5cm长的导线我们能估算出频率为 5 2 2传输线举例 2 2 1双线传输线双线传输线是一个能将高频电能从一点传送到另一点的例子 遗憾的是 这或许是最不适用的传输高频电压和电流波的方法 缺点 由导体发射的电和磁力线延伸到无限远 并影响附近的电子设备 此外 由于导线对的作用象一个大天线 辐射损耗很高 所以双线是有限制地应用在射频领域 应用 民用电视设备到接收天线的连接线 6 7 2 2 2同轴线 传输线更通用的例子是同轴线 当频率高到10GHz时 几乎所有的射频系统或测试设备的外接线都是同轴线 8 2 2 3微带线 9 多数电子系统通常都是采用平面印刷版 PCB 作为基本介质实现的 载流导带下面的接地板可帮助阻挡额外的场泄露 降低辐射损耗 用PCB可简化板上的无源和有源器件的连接和降低生产成本 另外 PCB可以通过简单地改变元件的位置和人工调节可调谐电容和电感进行电路的调整 10 11 单层PCB的缺点之一是它有较高的辐射损耗和邻近导带之间容易出现串扰 场泄露的严重程度与相对介电常数有关 12 为了达到元件高密度布局 采用高介电常数的基片 它可将场的泄露和交叉耦合降至最小 降低辐射损耗和干扰的另一种方法是采用多层技术 实现均衡的电路板设计 此处微带线被 夹 在两接地板之间 也称为 带状线 13 14 微带结构主要用作低阻抗传输线 高功率传输线应用的是平行板线 在平行板线中 电流和电压被抑制在被电介质分开的两个平面上 这种结构和对应的场分布如图 为了适应各种特殊目的的应用需要有多种传输线结构 15 2 2 4三种类型的传输线参量 16 2 3一般的传输线方程 2 3 1行进的电压波和电流波其中K为复传播常数 17 2 3 2阻抗的一般定义2 3 2无耗传输线模型 平行板传输线特性阻抗 18 2 4微带传输线 微带线特性阻抗的计算公式 19 2 4信号源端接负载的无耗传输线 20 2 4 1端接负载无耗传输线的输入阻抗阻抗随着与负载的距离增加而周期性变化 阻抗匹配例题 21 2 4 2电压反射系数其值在 1和 1之间 开路线反射系数为1 短路线反射系数为 1 匹配时 不产生反射 反射系数为0 传输系数 22 2 4 3驻波比 SWR 23 2 4 4传输线的功率考虑 平均功率的定义 24 25 源和负载均与传输线特性阻抗相匹配 输入功率式可简化为在完全匹配的条件下由源产生的功率是源输出的最大可用功率 失配时将有一部分功率反射 26 2 4 5输入阻抗匹配 最佳功率传输需要传输线和源阻抗共轭复数匹配 27 2 4 6回波损耗和插入损耗 实际的电路总是在源功率和输送到传输线的功率之间存在一定程度的失配 即反射系数不为0 该失配通常定义为回波损耗 RL 它是反射功率与输