《射频通信电路》第三章.ppt

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1、第三章传输线和Smith圆图传输线理论是“场”的分析方法和“路”的分析方法之间的一座桥梁Smith圆图是传输线理论中分析问题和求解问题的一种直观简单的图解方法3.1传输线基础传输线及其种类：传输线（波导）——用来引导电磁波做定向传播的一种导波结构导行电磁波（导波）——在传输线引导下定向传播的电磁波传输线的种类——TEM模传输线和非TEM模传输线TEM模1.双线传输线双线传输线的结构双线传输线应用：50Hz～60Hz的电源线几百兆赫兹的电视天线馈线100Mbps局域网的网线TEM模式3.1.1常用传输线种类1.双线传输线2.同轴线3.微带传输线2.同轴线同

2、轴线的应用：射频信号源射频功率计频谱分析仪网络分析仪有线电视网卫星地面接收站高速局域网3.微带传输线特点：结构简单轻巧易于连接器件价格低3.1.2传输线等效电路分布电阻R—电流流过导体时，导体发热产生损耗分布电导G—介质有损耗，因而存在漏电流带来的损耗分布电感L—电流流过导体在周围将产生磁场，表明导体具有电感分布电容C—导体之间的电压在周围产生电场，表明导体之间存在电容3.1.3传输线方程单元电路分析3.1.3传输线方程基本方程（1）（2）3.1.3传输线方程（4）（5）电压波的瞬时表达形式：电压波的瞬时表达式也可写成：e-kz表示波沿着+z方向传播；e

3、kz表示波沿着-z方向传播。波的表达形式既是时间的函数也是位置的函数3.1.4特征阻抗的定义所谓特性阻抗Z0是指传输线上入射波电压V+和入射波电流I+之比,或反射波电压V-和反射波电流I-之比的负值。对于无耗传输线（R=G=0），特性阻抗为：比较（2）式和（6）式得：（6）（4）式代入（1）得：又因：所以传输线特性阻抗Z0为：三种典型传输线的特征阻抗平行双线传输线的特征阻抗同轴线的特征阻抗微带线的特征阻抗微带线横截面的结构如下图所示。:微带线的特征阻抗计算微带线的等效相对介电常数εeff概念：使用一种均匀介质来代替微带传输线上面的空气和下面的基板材料，

4、而微带传输线的特性阻抗保持和代替前一样。这样的均匀介质的相对介电常数称等效相对介电常数。微带线等效相对介电常数计算公式微带线特征阻抗计算公式当u≤1时，Z0√εeff的误差不大于0.01%当u≤1000时，Z0√εeff的误差不大于0.03%微带线特征阻抗与介质基板参数的关系微带传输线特征阻抗Z0与W/h的关系微带传输线特征阻抗Z0与er的关系微带传输线线宽W增加，特征阻抗Z0下降。微带传输线基板介电常数εr增加，特征阻抗Z0下降。微带线的工程设计方法由上述综合公式和分析公式可以看出：计算公式极为复杂。每一个电路的设计都使用一次这些公式是不现实的。经过几

5、十年的发展,使得这一过程变得相当简单。微带线设计问题的实质就是求给定介质基板情况下阻抗与导带宽度的对应关系。目前使用的方法主要有：查表法和软件法微带线特性阻抗Z0和相对等效介电常数与尺寸的关系微带线的工程设计方法之一查表法微带线的工程设计方法之二软件法许多公司已开发出了很好的计算微带电路的软件。如AWR的MicrowaveOffice,输入微带的物理参数和拓扑结构,就能很快得到微带线的电性能参数,并可调整或优化微带线的物理参数。例3-13.2.1传输特性1.相位常数相位常数无耗传输3.2无耗传输线的基本特性3.2.1传输特性2.相速度：相速度指等相

6、位面移动的速度TEM模式根据相位不变点的轨迹变化可以计算电磁波的相位变化速度，这种相位速度以vp表示。令常数，得，则相位速度vp为考虑到，得3.2.1传输特性3.相波长相波长p是指同一个时刻传输线上电磁波相位相差为2时的距离例3-2Ez(z,t)zOt1=03.2.1传输特性4.坡印廷定理3.2.1传输特性5.无耗传输线上的电压和电流的分布5.无耗传输线上的电压和电流的分布传输线上任一点的电压和电流表达式为：传输线上坐标点处的电压和电流幅值可表示为：3.2.1传输特性传输线上电压和电流的时域表达式3.2.2传输线阻抗特性3.2.2传输线阻抗特性传

7、输线输入阻抗传输线输入导纳如图所示的传输线,其终端接负载阻抗ZL时,则距终端为l处向负载看去的输入阻抗定义为该点的电压V(l)与电流I(l)之比,并用Zin(l)表示。即距传输线终端λ/8处的输入阻抗为：当λ/8传输线终端开路（ZＬ＝），Ｚｉｎ＝－ｊＺ０，成容性。当λ/8传输线终端短路（ZＬ＝０），Ｚｉｎ＝ｊＺ０，成感性。λ/8传输线阻抗特性距传输线终端λ/４处的输入阻抗为：λ/４传输线可以实现阻抗匹配。当λ/４传输线终端开路（ZＬ＝），Ｚｉｎ＝０；当λ/４传输线终端短路（ZＬ＝０），Ｚｉｎ＝。λ/４传输线阻抗特性距传输线终端λ/２处的输入阻抗为：

8、负载阻抗ZＬ在传输线上每隔λ/２将重现一次。λ/２传输线阻抗特性3.2.3反射特