第1章-射频电路绪论优秀PPT.ppt

教学目标n培育、诱发同学对射频技术的爱好n了解射频学问的体系n引导建立分析、处理射频问题的思想方法n培育将来的RF工程师射频电路所涉及的领域n通信工程：无线通信、移动通信、卫星通信等等n信息工程：信息获得-传感器、测量技术n生物医学工程：检测、杀菌消毒、治疗等n工农业及日常生活：加热、检测、生物灭杀等n特殊在宇宙探究领域课程的组织n无源电路（包括射频技术最基本的原理、工具）n有源电路（包括射频电路的性能分析和综合）n问题发觉、试验与探讨请同学们回答问题：当，不考虑导线的电阻损耗时：若把你的手电筒电路尺寸简洁放大到一个篮球场那么大，它的电路功能还能正常吗？若把你的手机电路板尺寸简洁放大到一个篮球场那么大，它的电路功能还能正常吗？学习射频电路课程的基本要求：n n了解电路的工作频率与电路实际尺寸大小存在着的约束关系；n n引入“集中参数”和“分布参数（场）”的概念；n n驾驭“分布参数理论”这种思想方法；n n应用分布参数理论工具来分析、设计RF电路问题。射频电路所处的技术地位思索问题：思索问题：“场场”和和“路路”，哪个概念更基础？，哪个概念更基础？射频电路的功能n n信号源（常是：载波源、功率源）的产生；n n信号频谱的搬移；n n信号频谱的变换；n n信号电功率能量与信号电功率能量与“场场”能量之间的互换。能量之间的互换。为了全人类纪念人类1969年7月16日首次登月.记录片视频来源同名记录片.射频技术在其中起着巨大作用.第1章 射频电路绪论一、射频电路的作用：射频信号(也称:无线电信号）：凡可通过天线向空间进行电磁波能量辐射和接收的信号.RF电路作用：在射频频率条件下工作，并实现确定的电路功能.射频频率:射频信号相应的频率.通信和信息系统中常见的射频电路：n n1。有源射频电路：RF放大器*（包括：LNA、HPA）、RF振荡器*、变频器*、调制/解调器、有源天线、有源滤波器等等。n n2。无源射频电路：RF滤波器*、RF衰减器*、RF幅度均衡器和相位均衡器*、RF功率安排器*、RF功率合成器*、定向耦合器、隔离器、混合器*、分波器*、负载、天线等等。n n 带*内容为本次课程重点介绍的电路！二、无线电射频频谱与波长波长频率超长波30KHZ10KM30MHZ10M中长短波300MHZ1M3THZ100nM微波超短波广播、通信电视、卫星三、无源电路元件的射频特性n n无源元件在工作频率很低条件下，能呈现较为志向的本征特性（电阻器呈现纯的电阻性，电容器呈纯电容性，电感器呈纯电感性）；而当工作频率很高时，无源元件的本征特性就发生了很大的变更。1、一段实心导线的归一化沟通电流密度的频率特性r(mm)r=0处是导体截面中心位置r(mm)导体截面半径0120.2归一化电流密度JZ/JZ0导体中心0.51.0导体表面1KHZ10KHZ1GHZ1MHZ100KHZ导体截面-a0a一段半径a=1mm铜导线的归一化交流电流密度的频率特性结论：n nf较小时，JZ/JZ0的值，随r的变更不大.n nf中等时，JZ/JZ0的值，随r的变更显著.n nf较大时，JZ/JZ0在近r=1处存在，此时电流密度主要分布趋于在导体表面.2、金属膜电阻的阻抗模值与频率的关系500理想电阻电容效应电感效应一个500金属模电阻的阻抗模与频率的关系Z（）f(HZ)10610123、高频电容器的阻抗模与频率的关系Z（）f(HZ)108101110010-2102理想电容实际电容4、高频电感器的阻抗模与频率的关系Z（）f(HZ)1081011103101105理想电感实际电感5、由电路结构形成的L或C器件四、集总参数电路n n频率低、波长大、电路尺寸与工作波长相比很小，可近似认为处在一点位置；整个电路的电场能集中在电路的电容器中，磁场能集中在电路的电感器中，而损耗集中在电路的电阻器上.。五、分布参数电路n频率高、波长小、电路尺寸与工作波长可比拟，电磁能量不仅随时间变更，而且同时随空间位置变更。电磁波在电路中的传播有显著的滞后效应。六、传输线（长线）n当传输信息能量的线长度与其信号工作波长可以比拟时，这段线就称作为长线（或传传输线）。否则就是导线!n本课程主要涉及是“TEM波”传输线nTEM波与一般电路“成回路”做功的关系如：一段平衡传输线d Lr介质两导体d L段等效GCRRLL传输线的特性参数：n n1.传输线的特性阻抗（描述传输线本身的阻抗特性，与外加信号无关）:n n 定义：传输线上随意位置处的入射波电压与入射波电流之比（或反射波电压与反射波电流之比的负值）为传输线的特性阻抗。n n 即：（与位置无关）n n从电路参数的角度从电路参数的角度:n n对于无耗线：对于无耗线：当当R R、G G趋于趋于0 0时，则为无耗传输线时，则为无耗传输线,其特性阻抗：其特性阻抗：为实数，与为实数，与 无关，只取决于线的结构。无关，只取决于线的结构。n n在实际应用中，当在实际应用中，当R R远远小于远远小于 L L，G G远远小于远远小于 C C时时 ，就认为该传输线的特性阻抗为就认为该传输线的特性阻抗为:常用的TEM波传输线的特性阻抗n n平行双线：平行双线：n n同轴电缆：同轴电缆：微带线特性阻抗：n n1).1).窄线，当窄线，当w/hw/h1 1时时 有效介电常数有效介电常数:n n2).2).宽带：当宽带：当w/hw/h1 1时时有效介电常数有效介电常数:2、传输线上的相速Vp：指行波等相位面移动的速度。n n对于好用的无耗线：对于好用的无耗线：n n当当=o=o（介质使波速变慢了）（介质使波速变慢了）3、传输线上的波长g：波在一个周期内沿线所传播的距离.n n对于好用的微波传输线：对于好用的微波传输线：(介质使波长变短了介质使波长变短了)4、相移常数：单位长度上行波的相位变更。5、反射系数(1)反射系数的定义：随意位置d处的反射电压与入射电压之比(2)负载ZL处反射系数：6、电压驻波系数VSWR：描述传输线系统匹配性能好坏（VSWR1,志向时为1）:n n系统确定了后，其匹配程度就确定了，VSWR就不变了，反射系数的 n n模就不变了。7、传输线系统等效输入阻抗Zin：从传输线系统上某平面位置向负载方向看去的等效阻抗（可以理解为该等效器件的阻抗值）。ZLZ0Zin0LdZin与反射系数关系线上随意位置d处反射系数：当:d=L时,nZin特点：n Zin的值随线长度d的变更呈周期性的变更.n周期为：n 只要系统不是匹配的，无论所接负载是容性或感性或纯电阻性的，从输入端来看，其系统的输入阻抗沿线(空间位置上)是呈容性、纯电阻性、感性之间作周期性的变更。8.几种特殊状况的传输线输入阻抗:n n1).短路途(Z L趋于0):n n n n 当L=g/4时,Zin趋于(呈开路特性)n n 当L=g/2时,Zin趋于0(呈短路特性)n n 当Lg/4时,(呈电感性)n n 当g/4Lg/2时,(呈电容性)n n 2).开路途(ZL趋于):n n当L=g/4时,Zin趋于0(呈短路特性)n n当L=g/2时,Zin趋于(呈开路特性)n n当Lg/4时,(呈电容性)n n当g/4 Lg/2时,(呈电感性)n ng/2g/2线：阻抗不变，相位相反（倒相作用）线：阻抗不变，相位相反（倒相作用）n ng/4g/4线阻抗匹配作用（用于实数源阻抗和实数负线阻抗匹配作用（用于实数源阻抗和实数负载阻抗之间匹配）载阻抗之间匹配）ZLZ0Zing/4g/4ba9.其他特殊状况传输线的用途:例:一放射机输出阻抗为50,放射天线的阻抗为73.1,如何用同轴电缆进行匹配?(传输线介质为空气),外导体允许尺寸:10cm(外导体最大内径),信号频率为600MHz.解解:有同轴电缆有同轴电缆Z Z0 0公式公式,取取:2b=8cm,:2b=8cm,得得a=1.46cm.a=1.46cm.同轴线长同轴线长:r r=1,=1,L=L=0 0/4=12.5cm/4=12.5cmZL史密斯园图n n在传输线理论中，线上阻抗（或导纳）及反射系数的分析计算常常很困难，而且涉及不少超越方程。所以，为简化传输线上各位置处的阻抗（或导纳）、反射系数的计算，将传输线、反射系数等公式转化为图形的变更关系。因此，引出一种新工具：史密斯园图。由一系列园构成。园图n n阻抗园图：由阻抗特性、反射系数、电长度（传输线上行进长度）构成。常用于串联系统。n n导纳园图：由导纳特性、反射系数特性、电长度构成。常用于并联系统。圆图的基本原理n n将传输线输入阻抗或输入导纳，以及反射系将传输线输入阻抗或输入导纳，以及反射系数等原理、关系式通过函数图形复合成一体。数等原理、关系式通过函数图形复合成一体。n n传输线输入阻抗传输线输入阻抗:ZLZ0Zin0Ld圆图上各种圆系:n n阻抗园圆（图上各点阻抗是对阻抗园圆（图上各点阻抗是对ZoZo的归一化值）的归一化值）1 1。等反射系数：。等反射系数：ujv0ab单位圆原点反射系数为0圆图上各种圆系:n n导纳园圆（图上各点导纳是对导纳园圆（图上各点导纳是对YoYo的归一化值）的归一化值）1 1。等反射系数：。等反射系数：uJv0ab单位圆原点反射系数为0+u+Jv等电阻圆系ja0b单位圆：纯电抗圆单位圆：纯电抗圆（圆上不同的位置就是不同的电抗值）（圆上不同的位置就是不同的电抗值）等电导圆系uJv单位圆：纯电纳圆单位圆：纯电纳圆（圆上不同的位置，就是不同的电纳值）（圆上不同的位置，就是不同的电纳值）等电抗圆系uj0a1X0X 0等电纳圆系阻抗圆图j0ab （由前述各阻抗量纲圆族与反射系数圆族、电长度圆等构成）（由前述各阻抗量纲圆族与反射系数圆族、电长度圆等构成）（由前述各阻抗量纲圆族与反射系数圆族、电长度圆等构成）（由前述各阻抗量纲圆族与反射系数圆族、电长度圆等构成）同理：由前述各导纳量纲圆族与反射系数圆族、电长度圆由前述各导纳量纲圆族与反射系数圆族、电长度圆由前述各导纳量纲圆族与反射系数圆族、电长度圆由前述各导纳量纲圆族与反射系数圆族、电长度圆等构成等构成等构成等构成导纳圆图。导纳圆图。导纳圆图。导纳圆图。阻抗圆图（红色）阻抗圆图（红色）和导纳圆图（绿色）和导纳圆图（绿色）阻抗圆图和导纳圆图的复合（阻抗圆图和导纳圆图的复合（SMITH圆图）圆图）例：阻抗例：阻抗Z=30+j25，系统特性阻抗为，系统特性阻抗为50时，则归一化阻抗值为时，则归一化阻抗值为z=0.6+j0.5z=0.6+j0.5Smith圆图（上述各圆系在统一的坐标系中复合而成）（上述各圆系在统一的坐标系中复合而成）实际的实际的SMITH圆图圆图归一化园图上的一些特殊意义：n n在园图上，水平直线为实部线，表示纯电阻线在园图上，水平直线为实部线，表示纯电阻线（阻抗园图）或表示纯电导线（导纳园图）（阻抗园图）或表示纯电导线（导纳园图）。n n在园图上，中心在园图上，中心O O点（原点）为与传输线特性阻点（原点）为与传输线特性阻抗共轭匹配的点抗共轭匹配的点(阻抗或导纳平面坐标阻抗或导纳平面坐标:1+j0):1+j0)；a a点为开路点；点为开路点；b b点为短路点。点为短路点。n n在园图上，单位园（最大园）为在园图上，单位园（最大园）为:纯电抗园（阻抗纯电抗园（阻抗园图中）；或为园图中）；或为:纯电纳园（导纳园图中）。纯电纳园（导纳园图中）。n n在园图上，关于在园图上，关于u u轴对称的点为共轭阻抗（或共轭轴对称的点为共轭阻抗（或共轭导纳）点。导纳）点。n n在园图上，关于原点对称的点互为倒数关系，数在园图上，关于原点对称的点互为倒数关系，数值上为阻抗与导纳相互转换。值上为阻抗与导纳相互转换。反射系数的相角变更量：n n在园图上：由负载向传输线始端方向为“+L”方向，但园图上相角向顺时针方向转；由传输线始端向负载方向为“-L”方向，但园图上相角向逆时针方向转；n n无论阻抗圆图或导纳圆图怎么放置,反射系数相角的始边和正角的参考,确定是反射系数平面的正实轴.n n串联电容：n n 在阻抗园图上：沿等r园,向逆时针旋转，正电抗值减小（负电抗值增大），此过程是：串联电容，电抗刻度的变更量就是串联电容的电抗值；n n串联电感：n n 在阻抗园图上：沿等r园,向顺时针旋转，正电抗值增大（负电抗值减小），此过程是：串联电感，电抗刻度的变更量就是串联电感的电抗值.n n并联电容：n n 在导纳园图上：沿等g园，向顺时针方向旋转，正电纳值变大（负电纳值变小），此过程是：并联电容，电纳刻度的变更量就是并联电容的电纳值；n n并联电感：n n 在导纳园图上：沿等g园，向逆时针方向旋转，正电纳值变小（负电纳值变大），此过程是：并联电感，电纳刻度的变更量就是并联电感的电纳值.本章小结及探讨n小结：分布参数意义；无源器件在射频条件时的模型；传输线理论及在射频电路中的应用；圆图工具。精品课件精品课件！精品课件精品课件！n探讨：n1。回答本章起先问题结果的“缘由”。n2。同学们思索问题，提问题，探讨问题。