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1、南京理工大学通信工程系 * 射频电路理论与技术 南京理工大学通信工程系 普通集总参数元件 类似于低频电路，主要包括电阻、电感和电容。 低频电路微波电子线路 ？ 1. 金属引线 低频电路 无 电 阻 无 电 容 无 电 感 频率升高 微波电子线路 有 电 阻 有 电 感 南京理工大学通信工程系 频率升高 普通集总参数元件 金属引线 半径铜线的归一化交流电流 密度的频率特性 100KHz 0.10.30.50.70.90 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 10KHz 1MHz 10MHz 1KHz100MHz 1GHz 高电流密度 低电流密度 用直流电
2、流密度归一化的 交流电流密度横截面分布 南京理工大学通信工程系 2. 电阻器 电阻器的微波等效电路 线绕电阻器的微波等效电路 由于体积最小和性能优越， 在微波电子线路中最常用的还 是薄膜片电阻，一般用作表贴 装元件（SMD）. 南京理工大学通信工程系 普通集总参数元件 电阻器 500金属膜电阻 两端引线长度各为2.5cm 引线半径为0.2032mm 材料为铜，Ca5pF 阻抗绝对值与频率的关系 106 理想电阻 107108109101010111012 100 101 10-2 10-3 102 101 103 电容效应 电感效应 典型的片状电阻的横截面图 接触片保护层电阻层 内部电极陶瓷体
3、 在陶瓷基片材料（铝氧化物）上淀积金属膜 （镍铬铁合金）形成电阻层，通过调整这一电阻 层的长度和插入内部电极来达到要求的阻值，在 内部电极的两端做金属连接以便于焊接到电路板 上，另外在电阻膜的表面还要制作一层保护膜。 南京理工大学通信工程系 3. 电容器 在射频和微波频率下，介质内部存在了传导电流，引起损耗； 同时由于介质中的带电粒子具有一定的质量和惯性，在微波段电 磁场的作用下，很难随之同步振荡，而在时间上有滞后现象，也 会引起对能量的损耗。相应的介质介电常数变成了复数： 在某一频率下，与电导率具有相同的宏观效应，可以把 看作是介质的总和等效电导率 定义： 为介质损耗角正切 南京理工大学通信
4、工程系 电容器的总阻抗为电容的容抗和损耗电阻的并联： 普通集总参数元件 电容器 电容器的等效电路： 47pF电容器 板间填充介质为AL2O3 损耗角正切为10-4 引线长度为1.25cm 半径为0.2032mm 电容阻抗绝对值与频率的关系 理想电容 10810910101011 100 10-1 10-2 102 101 实际电容 南京理工大学通信工程系 普通集总参数元件 电容器 在微波固态电路和混合集成电路中常用的电容主要有表贴结 构多层电容和单板结构片电容两种类型。 表面安装多层陶瓷电容器的实际结构 接触片 电极 陶瓷介质 容量在0.47pF到100nF之间 工作电压在16V到64V之间
5、单板电容器与电路连接 的横截面图 带状引线 微波电路 片状电容 共用一个公共电介质 的单平板电容器组 南京理工大学通信工程系 4. 电感器 结构一般是直导线沿柱状结构缠绕而成: 微波等效电路: N3.5 线圈半径为1.27mm 线圈长度为1.27mm 导线半径为63.5um 空气芯线圈电感阻抗绝对值与频率的关系： 理想电感 10810910101011 103 105 104 102 101 实际电感 在电感线圈中的分 布电容和串联电阻 南京理工大学通信工程系 * 传输线的种类 传输线的种类：传统波传输线，集成电路 传输线 传统波 集成电路 南京理工大学通信工程系 * 带状线 双导线矩形波导
6、微 带介质波导 光 纤 同轴线圆波导 南京理工大学通信工程系 * 传输线的特点 传输电磁能量；构成微波元件、电路或子 系统。 不同的频段，可以选不同类型的传输线。 对传输线的选择要综合电气和机械特性 电气参数包括损耗、色散、高次模、工作频率 与带宽、功率容量、元件或器件的适用性。 机械特性包括加工容差与简易性，可靠、灵活 ，重量和尺寸。 南京理工大学通信工程系 * 分布参数的概念 当频率很低时，电路引线的长短不影响电路工作 ，这样的电路称为集总参数电路。 当频率升高后，还存在分布电导、分布电容和分 布电感，引线的长短都影响电路特性，这样的电 路就为分布参数电路。 想想看 分布电阻、分布电感、分
7、布电容、分布电导分 别是怎么产生的？ 南京理工大学通信工程系 * 南京理工大学通信工程系 * “短线”和“长线”：对于传输线的“长”或“短 ”，并不是以其绝对长度而是以其与波长比 值的相对大小而论的。 根据传输线上分布参数的均匀与否，可将 传输线分为均匀和不均匀两种。 对一均匀传输线，由于参数沿线均匀分布 ，故可任取一小线元dz来讨论。 南京理工大学通信工程系 * 南京理工大学通信工程系 * 电感和电容之间有什么关系? Duality of transmission line theory 南京理工大学通信工程系 * 传输线方程 表征均匀传输线上电压、电流关系的方程 式称为传输线方程。 该方程
8、最初是在研究电报线上电压、电流 的变化规律时推导出来的，故又称做“电报 方程”。 南京理工大学通信工程系 * 令传输线上距始端为z处的瞬时电压、瞬时电流分 别为u、i；在z+dz处则为u+du和i+di。 距离和时 间的函数 南京理工大学通信工程系 * 在某一时刻经过微小线元dz后，电压、电流的变 化分别为 南京理工大学通信工程系 * 线元dz两端处电压、电流的变化(减小)遵循基尔霍 夫定律，即 南京理工大学通信工程系 * 研究时谐(正弦或余弦)的变化情况 u z tR U z e i z tR I z e e j t e j t ( , )( ) ( , )( ) = = w w U(z)、
9、I(z)只与z有关，表示在传输线z处的电压或 电流的有效复值。 -=+= -=+= du dz Rj L IZI dI dz Gj C UYU () () w w 南京理工大学通信工程系 * 无耗传输线方程 无耗传输线： R=0，G=0 二次求导的结果 -= -= dU dz j LI dI dz j CU w w -= -= dE dz jH dH dz jE wm we d E dz k E d H dz k H 2 2 2 2 2 2 0 0 += += d U dz U d I dz I 2 2 2 2 2 2 0 0 += += b b 南京理工大学通信工程系 * 和均匀平面波类比
10、求解的结果也作了类比 南京理工大学通信工程系 * 传输线特性阻抗 均匀平面波的波阻抗 A1、A2的确定还需要边界条件 南京理工大学通信工程系 * 无耗传输线的边界条件 边界条件有：终端条件、源端条件和电源、阻抗 条件。 所建立的也是两套坐标，z从源出发，从负载出发 。 1. 终端边界条件（Ul, Il） U lU I lI l l ( ) ( ) = = UAeA e I Z AeA e l j lj l l j lj l =+ =- - - 12 0 12 1 bb bb () 南京理工大学通信工程系 * 代入通解 得到 南京理工大学通信工程系 * 对于终端边界条件场合，我们常喜欢采用z( 终端出发)坐标系 南京理工大学通信工程系 * 计及Euler公式 最后得到 该公式有 什么用？ 南京理工大学通信工程系 * 2. 源端边界条件（U0, I0）, 采用z(终端出发)坐标系 用l=0代入 南京理工大学通信工程系 * 最后得到 南京理工大学通信工程系 * 思考题 1. 试推导时谐情况下有耗传输线的电报方 程； 2. 本节所推导的无耗传输线方程是在时谐 情况下得到的，如果考虑更一般的情况， 即不一定是时谐情况，无耗传输线方程应 该如何得到？
