射频传输理论

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1、第一章 射频传播理论简介1带宽本节中重要解释射频传播线理论中的几种典型的参数,这样可以对传播线的传播方式和原理有一种大体的印象。同步，这也是射频技术的最基本的知识。并且，这也有助于后来各个章节的理解。在本节第一段中重要简介高频和低频的区别以及不同频率波段的划分。在电阻等效电路中,低频电路中的电阻在高频电路中可以等效为R、L串联一种电容C。严格规定高频(RE)与低频（L）的界线是不现实的。举个例子在M波段时，RF可以替代LF。1.2 射频线的构造和功能同轴线是将信号从源头传播到终端使用的最常用的设备，它是在传播过程中用连接器将电缆、信号源、终端连接到一起。在传播中最重要的是RF电缆的选择。由于它

2、决定了使用的连接器的尺寸和性能，连接器的选择必须根据电气规格。电缆和连接器会对系统中的损耗同步产生作用。12.1射频传播线的种类1.2 典型的射频线由于采用了内外导体的构造，使得同轴线传播不会受到外界的影响，并且能量在内外导体之间也以波导的形式传播。在此导线内直流和交流的传播频率可达到11Gz。在截止频率以内，信号都以TEM波的形式传播。传播线的机械尺寸决定了截止频率,一般来说尺寸(轴向）越小的传播线传播频率越高。在能量传播方向上场是不存在的。(电场和磁场是垂直于电缆轴线方向）尚有某些参量是与频率无关的,例如：特性阻抗，传播速率。只有损耗是随着频率的增长而增长的。这是由于趋肤效应而产生的射频泄

3、露。3 射频线的电磁场在同轴线内部,电压和电流是以不同的方式传播的,电压波在内导体表面和外导体内表面之间传播。电流沿同轴线的传播引起了环绕内导体的环形场强,越贴近表面的场强越大。电流引起了磁场,而电压引起了电场。 E=U/Ln（Dd)/ （伏特/米） H=i(2)1/r (安培米)其中：D：外导体内径 ：内导体外径 U：内外倒替间的电压 i:电流 ：(D-d)内导体表面的场强是最大，它随着距离增长而减少。1.2.4射频传播线中的电阻和电抗等效电路如下在高频时,2fLR,2CG，I为相位因素。1.2.5当介质为空气时，能量波的传播速度为光速C: C=（00）-.当在固体介质时，传播线的特性阻抗为

4、：Z0=(RjL）/（GC）0.5同轴线的特性阻抗还可以定义为介电常数 与直径比的关系式:Z0=6/r0.5Ln（/d)特性阻抗=电场强度磁场强度Z0=E/H在波传播过程中,E/H是不变的。传播线自身决定了它的特性阻抗，并且特性阻抗在传播线上到处相似。1.2 截止频率截止频率可近似计算为 2C(D+d）r0.5当EM波达到截止频率时会变为混合波（hybrdware）1.2 波长和频率.2.7. 波长和频率的关系=C/（fr0.5)1.2.8 传播速率电磁能的传播不受介质束缚，但在自由空间内传播速度会加快。能量以光速传播V=约为3.0108米秒1.2. 介质材料 对传播速率的影响1.3 反射 .

5、3.1 反射波传播中遇到中断时，可以看作自身被短路,从而产生了全反射，反射波与入射波相反，和为0。当波在传播时遇到台阶面时,由于特性阻抗产生了变化,电压也一定变化，一部分电压被反射回去。1.3.不同中断的反射 短路变化极性，产生10相位变化 开路不变化极性,电流电压100%反射,相位不变化1.3 失配的定义.3.3.1 反射系数抱负状况=0短路或开路=1注:有也许浮现U反U入的状况,这种状况只会出目前电压上,能量肯定会变低。当阻抗增长落后于中断时浮现此状况。.3.2 回波损耗RL=20logU反/U入抱负状况RL =无穷短路或开路L =0一般来说,回波损耗是对能量而言,而不是电压。RL =0l

6、o（Z1+Z2）/（Z-Z2） 1.3.3电压驻波比在失配的传播线上会有两种波在传播,一种是入射波，一种是反射波。在某些位置两种波产生叠加。叠加的波并不沿传播线传播,而是停滞的。换而言之，在任何参照面上总是存在一种最大或最小电压。这种波称为驻波。VS(U入+反）（入-U反)MAX/IN=(+1)/（1)抱负状况SWR=无穷短路或开路VWR=01.34 L,VSR， 之间关系135 两次以上的中断产生的确反射在传播时,中断平面越多,产生的放射波也总和。当遇到两种以上中断时，反射信号的大小取决于两种中断间的确距离。1.4RF线的损耗、（射频传播线=R线）衰减是用来表达信号传播过程中能量的损耗。重要

7、有如下几种影响因素：1 由于趋肤效应和介质上的损失,部分电能会转化为热能;2 反射回来的能量在传播过程中被损耗；3 表面裸漏而导致射频线漏。1.4.1 损耗=10lg(oer o）/(Per in) |dB1.4. 内、外导体、介质材料对损耗的影响。导体损耗=导体损耗+介质损耗。coductos=c(.3/Z)f0.5r0.5/d+（rD）0.5/diecto=d=9.60.5tanZ特性阻抗d、D电阻率集肤深度10GHZ导体损耗为主;10GHZ介质损耗为主。14.3护套 一根好的F线要把电场和磁场控制在内、外导体之间。由于受到机械和加工的限制。10%的保证是不现实的，总是会有能量在传播中损耗

8、。 除了线缆自身的能量辐射之外，其她能量的泄露都视为损耗,它会引起系统的干涉甚至错误。泄露取决于频率的大小和传播系统自身的构造，为了避免高泄露，外套护套必须要有较好的密封和绝缘性能。1.5趋肤效应由于频率的增长，金属导体的纯电阻会随阻抗的的确增长而增长。着是由于磁场的作用使得电流的传播越来越趋向金属表面。另一方面，如果给导体通直流电，导体横截面上的电流密度是不同均匀的。在频率很高时电流在导体的表面传播的深度很浅（内导体在外表面,外导体在内表面）。这种现象叫趋肤效应。由于电流i通过。在导体内部引起了环行磁场，如果1为交流,其引起的磁场也是交替的，用于抵消的电压会产生另一电i2,在导体内部时i的传

9、播方向与i1方向相似，而在接近导体表面处的传播方向与i1相似,因此,导体表面的电流密度要远不小于导体内部。 一般的，在微波的射频段很大部分i1在大概3深度传播。（有大概95%的i1在3深度以内通过)在趋肤深度以内有碍大越7的电流通过,其计算措施如下:=/()05= 1(f)0.5频率 电阻率 /传播系数|K= (10r)05 =K1/ (f） 0.|K介质因素以铜为例 0=e-8/m(真空渗入能力) =099 H/m(铜渗入能力)则 铜=1724e-m (27c时铜电阻率) 铜=7.0/m (铜传播系数) 铜50 503(1/sqt (f7.7）)=67msqrt5HZ 频率 肤效深度50HZ

10、 9.3mmHZ 0.7me9Z .002mme+2HZ 0.07mm高频率薄肤效深度高传播系数（低电阻率）薄肤效深度.6 无源互调(M) 互调现象越来越广地与系统中互相作用的敏感性联系在一起,特别是在宽频带广播和组格式交流之中。什么是有源、无源互调呢？有源互调可以理解为由传播频率和非线性因素(二极管,转换器）构成的函数。例如当本地震荡器合用信号频率fL进入电波接受装置的非线性特性元件时，中间频率fF=fRF-D。但是有许多激发出的信号被加载到这种和成的波上。假设其具有非线性的特性，那么和成波才是有效的。M=|fmf| （m、n为整数) 有源互调将频率产品与非线性特性的传播要素混合 另一方面无

11、源互调产品是由于两种或更多的信号频率在某部分上混合，理论上具有线性的传播特性。但它的特性其实是非线性的。绝对线性只是一种抱负的状态，也就是说，这种产品是不存在的。无源互调 将频率产品与假定的线性特性混合无论有源还是无源互调都具有许多的意义，其取决于特定的系统和使用部件。互调水平的不稳定性是由系统中个别部分的微小变化而引起的。（1） 如何消除无源互调：系统中任何零件的设计都要谨慎,组装时要考虑它的低互调特性,并且任何螺绞连接处都必须旋紧。这有也许达到不小于7B力学测定。测量调定只能使特性趋于稳定,但不能解决PIM测量中的问题。为了弄清任意一种组件对互调特性的影响，最重要是找到整个系统中最差的互调

12、特性,而不是那些单薄的不稳定特性。（2） 消除PI的因素:干扰在无线基站设备中会引起反复甚至中断。1.阐明在无线电系统中，有某些发射信道存在于单一基本系统中，发射信道和接受信道是不能预先被判断的，传播信道通过三阶互调也许会落入接受的频段，这使得无源互调的问题更加棘手。在目前移动通信系统中，三阶互调的规格界线一般在0至50 dBc ,与双载波电平总和和发射功率有关。它在000瓦之间。但是在不小于150 dB时要想查明系统中的互调干扰或是找出导致误差的无件几乎是不也许的,虽然在较好的实验室条件下。而发射功率与互调之间的信号比是不小于50Bc的，在无线天馈测量领域中特别如此。为了满足这样的规定,所有零件的设计,组装和维护都必须十分小心。（指同轴连接器的设计）盼望系统互调 PI不小于150c吉品的互调 PIM不小于155dBcdBc=负载功率比=dBcarrierBm=1mw 的绝对值若想消除较大的互调产品，在设计和维护时就必须注意许多方面的问题，下表列出了某些影响互调的因素几种影响互调的典型因素接触表面氧化材料由铝或其他材料的氧化性引起，可以使用银来提高性能具有磁性的材料钢,不锈钢等,引起非线性特性电流饱和电流和电压将不再在线性关系高电晕 等离子效应小裂纹 出目前连接表面油脂在连接元件之间，不容许直接相连。