射频传输理论全解.docVIP

第一章 射频传输理论简介 1.1 带宽 本节中主要解释射频传输线理论中的几个典型的参数，这样可以对传输线的传输方式和原理有一个大体的印象。同时，这也是射频技术的最基础的知识。而且，这也有利于以后各个章节的理解。在本节第一段中主要介绍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串联一个电容C。 严格规定高频（RE）与低频（LF）的界限是不现实的。举个例子在MHZ波段时，RF可以代替LF。 射频线的结构和功能 同轴线是将信号从源头传输到终端使用的最常用的设备，它是在传输过程中用连接器将电缆、信号源、终端连接到一起。在传输中最重要的是RF电缆的选择。因为它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时产生作用。 1.2.1射频传输线的种类 1.2.2 典型的射频线 由于采取了内外导体的结构，使得同轴线传输不会受到外界的影响，而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输频率可达到110GHz。 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）越小的传输线传输频率越高。在能量传输方向上场是不存在的。（电场和磁场是垂直于电缆轴线方向） 还有一些参量是与频率无关的，比如：特性阻抗，传输速率。只有损耗是随着频率的增加而增加的。这是由于趋肤效应而产生的射频泄露。 1.2.3 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。电流沿同轴线的传输引起了围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（D/d）×1/r （伏特/米） H=i/(2π)×1/r (安培/米) 其中： D：外导体内径 d：内导体外径 U：内外倒替间的电压 i：电流 r：(D-d)/2 内导体表面的场强是最大，它随着距离增加而减少。 1.2.4射频传输线中的电阻和电抗 等效电路如下 在高频时，2πfL′R′，2πfC′G′，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=（ε0μ0）-0.5 当在固体介质时，传播线的特性阻抗为： Z0=[（R+jωL）/（G+jωC）]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=60/εr0.5×Ln（D/d） 特性阻抗=电场强度/磁场强度 Z0=E/H 在波传输过程中，E/H是不变的。传输线本身决定了它的特性阻抗，而且特性阻抗在传输线上处处相同。 1.2.6 截止频率 截止频率可近似计算为 f=2C/[（D+d）πεr0.5] 当TEM波达到截止频率时会变为混合波（hybirdware） 1.2.7 波长和频率 1.2.7.1 波长和频率的关系 λ=C/（fεr0.5） 1.2.8 传输速率 电磁能的传输不受介质束缚，但在自由空间内传输速度会加快。能量以光速传播 V=C 约为3.0×108米/秒 1.2.8.1 介质材料 对传播速率的影响 1.3 反射 1.3.1 反射波 传输中遇到中断时，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。 当波在传输时遇到台阶面时，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。 1.3.2 不同中断的反射 短路改变极性，产生180°相位变化 开路不改变极性，电流电压100%反射，相位不变化 1.3.3 失配的定义 1.3.3.1 反射系数Γ 理想情况Γ=0 短路或开路Γ=1 注：有可能出现U反U入的情况，这种情况只会出现在电压上，能量肯定会变低。当阻抗增加落后于中断时出现此情况。 1.3.3.2 回波损耗 RL =20logU反/U入 理想情况RL =无穷 短路或开路RL =0 一般来说，回波损耗是对能量而言，而不是电压。 RL =20log[（Z1+Z2）/（Z1-Z2）] 1.3.3.3电压驻波比 在失配的传输线上会有两种波在传播，一个是入射波，一个是反射波。在某些位置两种波产生叠加。叠加的波并不沿传输线传播，而是停滞的。换而言之，在任何参照面上总是存在一个最大或最小电压。这种波称为驻波。 VSWR=（U入+U反）/（U入-U反）=UMAX/UMIN=（Γ+1）/（Γ-1） 理想情况VSWR=无穷 短路或开路VSWR=0 1.3.4 RL，VSWR，Γ 之间关系 1.3.5 两次以上的中断产生的确反射 在传输时,中断平面越多,产生的放射波也总和。 当遇到两种以