射頻電路理論與技術(shù) (Transmision line)

2023/12/5射頻電路理論與技術(shù)普通集總參數(shù)元件類似于低頻電路，主要包括電阻、電感和電容。低頻電路微波電子線路？1.金屬引線低頻電路無電阻無電容無電感頻率升高微波電子線路有電阻有電感頻率升高普通集總參數(shù)元件金屬引線半徑銅線的歸一化交流電流密度的頻率特性100KHz0.10.30.50.70.900.20.40.60.81.01.21.41.61.82.010KHz1MHz10MHz1KHz100MHz1GHz高電流密度低電流密度用直流電流密度歸一化的交流電流密度橫截面分布2.電阻器電阻器的微波等效電路線繞電阻器的微波等效電路

由于體積最小和性能優(yōu)越，在微波電子線路中最常用的還是薄膜片電阻，一般用作表貼裝元件（SMD）.普通集總參數(shù)元件電阻器

500金屬膜電阻兩端引線長(zhǎng)度各為2.5cm引線半徑為0.2032mm材料為銅，Ca＝5pF阻抗絕對(duì)值與頻率的關(guān)系106理想電阻10710810910101011101210010110-210-3102101103電容效應(yīng)電感效應(yīng)典型的片狀電阻的橫截面圖接觸片保護(hù)層電阻層內(nèi)部電極陶瓷體

在陶瓷基片材料（鋁氧化物）上淀積金屬膜（鎳鉻鐵合金）形成電阻層，通過調(diào)整這一電阻層的長(zhǎng)度和插入內(nèi)部電極來達(dá)到要求的阻值，在內(nèi)部電極的兩端做金屬連接以便于焊接到電路板上，另外在電阻膜的表面還要制作一層保護(hù)膜。3.電容器

在射頻和微波頻率下，介質(zhì)內(nèi)部存在了傳導(dǎo)電流，引起損耗；同時(shí)由于介質(zhì)中的帶電粒子具有一定的質(zhì)量和慣性，在微波段電磁場(chǎng)的作用下，很難隨之同步振蕩，而在時(shí)間上有滯后現(xiàn)象，也會(huì)引起對(duì)能量的損耗。相應(yīng)的介質(zhì)介電常數(shù)變成了復(fù)數(shù)：

在某一頻率下，與電導(dǎo)率具有相同的宏觀效應(yīng)，可以把看作是介質(zhì)的總和等效電導(dǎo)率

定義：為介質(zhì)損耗角正切電容器的總阻抗為電容的容抗和損耗電阻的并聯(lián)：普通集總參數(shù)元件電容器

電容器的等效電路：47pF電容器板間填充介質(zhì)為AL2O3

損耗角正切為10-4

引線長(zhǎng)度為1.25cm半徑為0.2032mm電容阻抗絕對(duì)值與頻率的關(guān)系理想電容1081091010101110010-110-2102101實(shí)際電容普通集總參數(shù)元件電容器

在微波固態(tài)電路和混合集成電路中常用的電容主要有表貼結(jié)構(gòu)多層電容和單板結(jié)構(gòu)片電容兩種類型。表面安裝多層陶瓷電容器的實(shí)際結(jié)構(gòu)接觸片電極陶瓷介質(zhì)容量在0.47pF到100nF之間工作電壓在16V到64V之間單板電容器與電路連接的橫截面圖帶狀引線微波電路片狀電容共用一個(gè)公共電介質(zhì)的單平板電容器組4.電感器結(jié)構(gòu)一般是直導(dǎo)線沿柱狀結(jié)構(gòu)纏繞而成:微波等效電路:N＝3.5線圈半徑為1.27mm線圈長(zhǎng)度為1.27mm導(dǎo)線半徑為63.5um

空氣芯線圈電感阻抗絕對(duì)值與頻率的關(guān)系：理想電感10810910101011103105104102101實(shí)際電感在電感線圈中的分布電容和串聯(lián)電阻2023/12/5傳輸線的種類傳輸線的種類：傳統(tǒng)波傳輸線，集成電路傳輸線傳統(tǒng)波集成電路2023/12/5帶狀線雙導(dǎo)線矩形波導(dǎo)微帶介質(zhì)波導(dǎo)光纖同軸線圓波導(dǎo)2023/12/5傳輸線的特點(diǎn)傳輸電磁能量；構(gòu)成微波元件、電路或子系統(tǒng)。不同的頻段，可以選不同類型的傳輸線。對(duì)傳輸線的選擇要綜合電氣和機(jī)械特性電氣參數(shù)包括損耗、色散、高次模、工作頻率與帶寬、功率容量、元件或器件的適用性。機(jī)械特性包括加工容差與簡(jiǎn)易性，可靠、靈活，重量和尺寸。2023/12/5分布參數(shù)的概念當(dāng)頻率很低時(shí)，電路引線的長(zhǎng)短不影響電路工作，這樣的電路稱為集總參數(shù)電路。當(dāng)頻率升高后，還存在分布電導(dǎo)、分布電容和分布電感，引線的長(zhǎng)短都影響電路特性，這樣的電路就為分布參數(shù)電路。想想看分布電阻、分布電感、分布電容、分布電導(dǎo)分別是怎么產(chǎn)生的？2023/12/52023/12/5“短線”和“長(zhǎng)線”：對(duì)于傳輸線的“長(zhǎng)”或“短”，并不是以其絕對(duì)長(zhǎng)度而是以其與波長(zhǎng)比值的相對(duì)大小而論的。根據(jù)傳輸線上分布參數(shù)的均勻與否，可將傳輸線分為均勻和不均勻兩種。對(duì)一均勻傳輸線，由于參數(shù)沿線均勻分布，故可任取一小線元dz來討論。2023/12/52023/12/5電感和電容之間有什么關(guān)系?Dualityoftransmissionlinetheory2023/12/5傳輸線方程表征均勻傳輸線上電壓、電流關(guān)系的方程式稱為傳輸線方程。該方程最初是在研究電報(bào)線上電壓、電流的變化規(guī)律時(shí)推導(dǎo)出來的，故又稱做“電報(bào)方程”。2023/12/5令傳輸線上距始端為z處的瞬時(shí)電壓、瞬時(shí)電流分別為u、i；在z+dz處則為u+du和i+di。距離和時(shí)間的函數(shù)2023/12/5在某一時(shí)刻經(jīng)過微小線元dz后，電壓、電流的變化分別為2023/12/5線元dz兩端處電壓、電流的變化(減小)遵循基爾霍夫定律，即2023/12/5研究時(shí)諧(正弦或余弦)的變化情況[][]uztRUzeiztRIzeejtejt(,)()(,)()==ìí???wwU(z)、I(z)只與z有關(guān)，表示在傳輸線z處的電壓或電流的有效復(fù)值。-=+=-=+=dudzRjLIZIdIdzGjCUYU()()ww2023/12/5無耗傳輸線方程無耗傳輸線：R=0，G=0二次求導(dǎo)的結(jié)果-=-=dUdzjLIdIdzjCUww-=-=dEdzjHdHdzjEwmwedEdzkEdHdzkH22222200+=+=dUdzUdIdzI22222200+=+=bb2023/12/5和均勻平面波類比求解的結(jié)果也作了類比2023/12/5傳輸線特性阻抗均勻平面波的波阻抗A1、A2的確定還需要邊界條件2023/12/5無耗傳輸線的邊界條件邊界條件有：終端條件、源端條件和電源、阻抗條件。所建立的也是兩套坐標(biāo)，z從源出發(fā)，從負(fù)載出發(fā)。1.

終端邊界條件（Ul,Il）UlUIlIll()()==ìí?UAeAeIZAeAeljljlljljl=+=-ìí???--120121bbbb()2023/12/5代入通解得到2023/12/5對(duì)于終端邊界條件場(chǎng)合，我們常喜歡采用z’(終端出發(fā))坐標(biāo)系2023/12/5計(jì)及Euler公式最后得到該公式有什么用？2023/12/52.