射頻微波電路課程

射頻微波電路課程第一頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三2.1集總參數(shù)元件的射頻特性典型的集總參數(shù)元件金屬導線電阻電容電感第二頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三2.1.1金屬導線

直流或者低頻時電特性就是一根連接線導線

射頻頻段不僅電阻發(fā)生變化，而且寄生電感、分布電容也表現(xiàn)出來了第三頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三射頻情況下金屬導線的電阻直流電阻電流密度在射頻情況下，由于“趨膚效應”，電流趨向于在導線外表面附加流動第四頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三趨膚深度交流狀態(tài)下軸向的電流密度第五頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三半徑為1mm的銅導線在不同頻率下相對于半徑的曲線在射頻情況下，趨膚效應比較嚴重，電流僅在表面流動，而不能深入導體中心第六頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三金屬導線的在射頻情況下寄生電感直徑為d和長度為l（um）的導線在自由空間的電感L（nH）的計算公式射頻情況下金屬導線的寄生電感和分布電容第七頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三電阻

電阻是最常用的基礎元件之一，基本功能是產(chǎn)生電壓將，將電能轉(zhuǎn)化為熱能。

射頻情況下不在是純電阻，是“阻”與“抗兼有”。2.1.2電阻第八頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三電阻的射頻等效電路R為電阻Ca為電阻引腳板間的等效電容L為引線電感Cb引線間的電容第九頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三

射頻情況下一引線電阻的總阻抗對頻率的變化曲線第十頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三2.1.3電容低頻情況下，平板結(jié)構電容器電容定義射頻情況下等效電路C為電容Re介質(zhì)損耗電阻L為引線寄生電感Rg為引線導體損耗第十一頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三

一帶引線的極板間填充AL2O3介質(zhì)電容器的等效電路頻率響應在高頻段實際電容與偏離理想電容偏差較大第十二頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三2.1.4電感電感器常采用線圈結(jié)構，高頻時也稱為高頻扼流圈電感線圈中分布電容和串聯(lián)電阻示意圖第十三頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三電感在高頻時的等效電路L為電感Rs為等效串聯(lián)電阻Cs為等效分布電容第十四頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三

線圈電感阻抗的絕對值與頻率的關系線圈電感的高頻特性已經(jīng)完全不同于理想電感第十五頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三2.2傳輸線基本理論

傳輸線上一個長度增量上的電壓、電流定義和等效電路第十六頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三由基爾霍夫電壓定律可得由基爾霍夫電流定律可得(2-1)(2-2)第十七頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三對兩式兩邊除以△z，并取△z→0時的極限可得對于簡諧穩(wěn)態(tài)條件，具有余旋型的向量形式(2-3)(2-4)(2-5)(2-6)第十八頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三

聯(lián)立方程組，可以得到關于V(z)、I(z)的波方程其中解波動方程得(2-7)(2-8)(2-9)(2-10)第十九頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三對(2-9)求導聯(lián)立(2-5)可得定義特征阻抗Z0電流則可表示為(2-11)(2-12)第二十頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三對于無耗傳輸線無耗傳輸線上的電壓和電流一般解可表示為波長相速(2-13)(2-14)第二十一頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三2.2.1端接負載的無耗傳輸線傳輸線上總電壓傳輸線上總電流(2-15)(2-16)第二十二頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三Z＝0處可得定義電壓反射系數(shù)(2-17)則傳輸線上總電壓、總電流可表示為(2-18)第二十三頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三2.2.2傳輸線上功率流

傳輸線上功率流代入傳輸線總電壓總電流表達式(2-18)(2-19)入射功率反射功率回波損耗(2-20)第二十四頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三2.2.3駐波比由傳輸線上總電壓表達式(2-18)可得可得最大、最小電壓幅值定義電壓駐波比(2-21)第二十五頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三2.2.4傳輸線上任意點得反射系數(shù)傳輸線上任意點Z＝l處的反射系數(shù)取其中為z＝0處的反射系數(shù)(2-22)第二十六頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三2.2.5傳輸線阻抗方程在處，朝負載端看去的輸入阻抗代入電壓反射系數(shù)表達式(2-17)(2-23)第二十七頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三終端短路的傳輸線輸入阻抗(2-24)在傳輸線終端端接電感的情況呢？第二十八頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三終端開路的傳輸線輸入阻抗(2-25)在傳輸線終端端接電容的情況呢？第二十九頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三由傳輸線阻抗方程(2-23)可知道當當（周期性）(四分之一波長變換器)如ZL＝75歐，要求Zin＝50歐，則Z0＝？第三十頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三2.3Smith圓圖第三十一頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三Smith圓圖基本上是一個電壓反射系數(shù)的極坐標圖第三十二頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三Smith圓圖的真正用途在于利用圖中的阻抗（或?qū)Ъ{）圓進行反射系數(shù)和歸一化阻抗（或?qū)Ъ{）之間的相互轉(zhuǎn)換第三十三頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三

特征阻抗為Z0的傳輸線端接的負載阻抗ZL進行歸一化可得令(2-26)第三十四頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三

則實部、虛部分別為重新整理上式可得兩個圓方程(2-27)(2-28)第三十五頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三直接坐標中的等電阻線通過方程(2-27)映射道圓圖中的等電阻線第三十六頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三直接坐標中的等電抗線通過方程(2-28)映射道圓圖中的等電抗線第三十七頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三直角坐標中的歸一化阻抗在圓圖中的表示方法第三十八頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三

圓方程(2-26)、(2-27)代表和平面上得兩族圓第三十九頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三Smith圓圖求解傳輸線阻抗方程與歸一化負載阻抗(2-26)形式相同，因此可以把繞圓圖中心順時針旋轉(zhuǎn)即可求得長度為并端接的傳輸線歸一化輸入阻抗歸一化傳輸線阻抗方程表達式第四十頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三Smith圓圖求解傳輸線方程第四十一頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三例如一個40＋j70歐的負載阻抗接在一個100歐的傳輸線上，求長度為0.3,求負載處的反射系數(shù)，線輸入端的反射系數(shù)，輸入阻抗第四十二頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三從圖中可得負載處得反射系數(shù)角度104°第四十三頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三從圖中可得線的輸入端阻抗為36.6-j61.2歐，反射系數(shù)為相位為360°－112°＝248°第四十四頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三利用Smith圓圖進行阻抗導納變換第四十五頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三Smith阻抗和導納圓圖把標準的Smith圓圖旋轉(zhuǎn)180°后與標準的Smith圓圖相疊加，就成為阻抗導納圓圖第四十六頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三阻抗導納圓圖中同時可以讀出阻抗和導納阻抗圓圖主要用于解決串聯(lián)形式的阻抗變換導納圓圖主要用于解決并聯(lián)形式的阻抗變換阻抗導納圓圖用于解決串聯(lián)、并聯(lián)兼有的阻抗變換第四十七頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三例如100＋j50歐的負載連接在一條長為0.15的50歐的傳輸線上，用阻抗導納圓圖求解負載導納和輸入導納第四十八頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三從阻抗導納圓可知負載導納為0.0080-j0.0040S第四十九頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三輸入導納為0.0123+j0.0131S第五十頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三2.4微帶線的理論和設計各種傳輸線第五十一頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三

微帶線幾何結(jié)構及電力線和磁力線第五十二頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三微帶線參數(shù)：

1基板參數(shù)：介電常數(shù)，損耗角正切，基片高度,導線厚度

2電特性參數(shù)：特征阻抗，工作頻率，工作波長，電長度

3微帶線參數(shù)：寬度，長度，單位長度衰減量第五十三頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三微帶線的分析公式第五十四頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三微帶線綜合公式第五十五頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三工程中常用微帶電路設計軟件來設計微帶線常用微帶線設計軟件有ADS，MicrowaveOffice，APPCAD，ANSOFTDesigner等第五十六頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三運用APPCAD設計微帶線第五十七頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三幾種情況下微帶線特征阻抗的變化規(guī)律微帶線寬度(mm)微帶線特征阻抗(歐)0.11230.3820.5630.76501411.530

相同的基片材料，不同的微帶線寬度基片厚度0.254mm,介電常數(shù)2.2,銅箔厚度0.035mm第五十八頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三介電常數(shù)微帶線寬度(mm)2.20.762.50.682.750.653.50.546.150.35100.22相同的基片厚度和特征阻抗，不同的基片介電常數(shù)基片厚度0.254mm,特征阻抗50歐,銅箔厚度0.035mm第五十九頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三基片厚度(mm)特征阻抗(歐)0.254500.465.60.6820.89411041.2112相同的基片材料介電常數(shù)和微帶線寬度，不同的基片厚度相對介電常數(shù)2.2,微帶線寬度0.76mm,銅箔厚度0.035mm第六十頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三分布電路實現(xiàn)集總電路元件的功能

從Smith圓圖可以看出，上邊平面為感性平面，下半平面為容性平面，所以用分布電路可以實現(xiàn)集總參數(shù)元件的功能第六十一頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三開路線變換3GHzZ0＝50歐第六十二頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三短路線變換3GHzZ0＝50歐第六十三頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三并聯(lián)電感與微帶線之間的等效第六十四頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三并聯(lián)電容與微帶線之間的等效第六十五頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三微波基片常用介質(zhì)材料材料損耗角正切（x10-4）相對介電常數(shù)氧化鋁(99.55％)210藍寶石110玻璃205熔石英14氧化鈹17金紅石4100鐵氧體214聚四氟乙烯152.5第六十六頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三國內(nèi)外主要生產(chǎn)微波基材的生產(chǎn)廠家廠家產(chǎn)品江蘇泰興幾家企業(yè)不同厚度的聚四氟乙烯板材南京化工大學不同厚度、不同介電常數(shù)的復合介質(zhì)雙面板ROGERSRT/Duroid系列、TMM系列、FR-4系列等TaconicRF-35系列摻雜陶瓷成份PTFE/編織型玻璃板材Arlon薄膜柔性板材第六十七頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期三幾種常見微帶結(jié)構第六十八頁，共七十二