射频电路设计课件.ppt

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1、射频电路设计信息科学与技术学院目录第一章引言第二章传输线分析第三章Smith圆图第四章单端口网络和多端口网络第五章有源射频器件模型第六章匹配网络和偏置网络第七章射频仿真软件ADS概况第八章射频放大器设计第九章射频滤波器设计第十章混频器和振荡器设计传输线分析2.1传输线理论的实质2.2传输线类型及特性2.3等效电路表示法2.4平行板传输线的电路参数2.5一般的传输线方程2.6微带传输线2.7端接负载的无耗传输线2.8特殊的终端条件2.9信号源和有载传输线传输线的定义传输线是传输电流信号的导体。任何传输线都可以用由离散电容C、

2、离散电感L、电阻R和电导G所组成的分布电路表示，如图1.5.1所示。其中，电阻R为单位长度的串联等效电阻，对于一个理想的传输线而言，其值应为0；G为单位长度的电导，反映传输线介质的绝缘品质，对于一个理想的传输线而言，其值应为无穷大。L为单位长度的电感，C为单位长度的电容，一个理想的传输线只有电感和电容。通常线参数R、C、L、G的值可通过对传输线的电磁场进行分析得出，这些参数与它们的截面几何尺寸及材料的电特性有关。图1.5.1传输线的等效电路（单位长度）2.1传输线理论TEM波在自由空间：电场方向与传播方向彼此正交在导体媒

3、质中：发现电场有纵向分量Ｅz，该电场在导体中沿Ｚ方向产生电压降．正弦曲线的空间特性用沿Ｚ方向的波长λ表征；正弦曲线的时间特性用沿时间轴的时间周期表征．则空间对时间的导数，即表示相位变化的速度，称相速当频率不高时，一定长度导线内电压的空间变化并不明显，如右图：当频率较高时，当波长为1CM左右时，此时即使在很短的导线（如1.5cm）内，电压和电流的空间特性均发生了变化，如图这种情况下，只有将线细分为无限小的线元，在小线元上，才可使电压和电流保持恒定值。如图，由此可得传输线的分布电路模型如下图由上可见：从满足基尔霍夫定律要求的集

4、总电路分析到包含有电压电流波的分布电路理论的过渡是与波长有关，并且这个过渡是在波长变得越来越与电路元件尺寸可比拟时逐渐发生的。2.1传输线理论2.2传输线的类型与特性射频电路中使用的传输线有双绞线、同轴电缆、微带线、带状线和波导等形式一、双线传输线（双绞线）缺点：相隔固定距离的双导线，由导体发射的电磁力线延伸到无限远，并影响线附近的电子设备。由于导线对的作用像一个大天线，辐射损耗很高。用途：通常作为电视或者FM接收器天线的馈线，或者作为一个偶极子的发射/接收天线的平衡式馈线。如：300平衡式传输线（双绞线）它具有极小的损

5、耗，能够允许很高的线电压，2.2传输线的类型与特性二、同轴电缆同轴电缆是最常用的非平衡式传输线，如图，外层屏蔽采用编织铜网（或铝箔）来进行屏蔽，以阻止同轴电缆接收和辐射任何信号。同轴电缆的内导体传输射频电流，而外部的屏蔽层导体保持地电位。通常外导体接地，故辐射损耗和场干扰都很小，工作频率可达50GHz，特性阻抗有50、75等形式。2.2传输线的类型与特性三、微带线在涉及射频电路的印制电路板上的导体带（微带线）常被用做传输线，如图。微带线具有低损耗和易于实现的特点，电路元器件如表面安装电容器、电阻器、晶体管等，可以直接安

6、装在印制电路板上的微带线的导体层（印制板铜箔导线）上。微带线是非平衡传输线，具有非屏蔽特性，因此能够辐射射频信号，虽然载流子导带下的接地平面可帮助阻挡额外的场泄露，降低辐射损耗，但仍有较高的辐射损耗，且邻近导带之间容易串扰。2.2传输线的类型与特性四、带状线将微带线“夹”在两接地板之间。如图：导体层被放置在印制电路板的金属层（平衡的接地层）之间，因此它没有辐射。带状线和微带线一般都有一个由玻璃纤维、聚苯乙烯、聚四氟乙烯组成的印制电路板衬底。微带线可以使用标准印制电路板的制造技术制造，与带状线相比，制造更容易。微带结构主要用

7、作低阻抗传输线，高功率传输线应用的是平行板线，如图2.2传输线的类型与特性五、波导在大功率的微波应用中，波导作为传输线具有一定的优势。波导一般被制作成圆形的或方形的中空金属腔。波导尺寸大小与波导的工作频率有关。在波导结构中，使用1/4波长的直探针耦合和环形探针耦合来注入或传输微波能量。在现代微波电路设计中，常用同轴电缆代替波导来发射和接收射频信号。2.3传输线等效电路表示法如右图，在无限小的线段长度内满足集总参量分析，其中R、L、C、G都是单位长度的值，且都与频率有关。传输线等效线路如下图2.4传输线的电路参量利用法拉第定

8、律和安培定律求分布参量安培定律：作为源的时变电场引起一旋转磁场。如：恒定电流在无限长导体中产生磁场，磁场将从导体的中心到周边呈线性增加。分布图如右法拉第定律：作为源的时变磁场产生时变电场，电场产生感应电压。平行板传输线的电路参量：2.4传输线的电路参量各类传输线参量2.5一般的传输线方程利用基尔霍夫电压