1、電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 游長江游長江射頻傳輸線及特性分析射頻傳輸線及特性分析射頻前端電路射頻前端電路射頻微波傳輸線是用來傳輸微波信號和微波能射頻微波傳輸線是用來傳輸微波信號和微波能量的，按其傳輸電磁波的性質(zhì)可分為三類：量的，按其傳輸電磁波的性質(zhì)可分為三類：a. TEM模傳輸線模傳輸線(包括準(zhǔn)包括準(zhǔn)TEM模傳輸線模傳輸線)，如平行雙，如平行雙線、同軸線、共面波導(dǎo)及微帶線等雙導(dǎo)線傳輸線；線、同軸線、共面波導(dǎo)及微帶線等雙導(dǎo)線傳輸線；b. TE模和模和TM模傳輸線模傳輸線, 如矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)、橢如矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)、橢圓波導(dǎo)、脊波導(dǎo)等金屬波導(dǎo)傳輸線；圓波導(dǎo)、脊波導(dǎo)等金屬波導(dǎo)傳輸線；c. 表面波傳輸線

2、表面波傳輸線，其傳輸模式一般為混合模，如介，其傳輸模式一般為混合模，如介質(zhì)波導(dǎo)，介質(zhì)鏡像線等。質(zhì)波導(dǎo)，介質(zhì)鏡像線等。在射頻微波的低頻段，可以用平行雙線來傳輸微波能量和信號；在射頻微波的低頻段，可以用平行雙線來傳輸微波能量和信號；而當(dāng)頻率提高到其波長和兩根導(dǎo)線間的距離可以相比時，電磁能量會而當(dāng)頻率提高到其波長和兩根導(dǎo)線間的距離可以相比時，電磁能量會通過導(dǎo)線向空間輻射出去，損耗隨之增加，頻率愈高，損耗愈大，因通過導(dǎo)線向空間輻射出去，損耗隨之增加，頻率愈高，損耗愈大，因此在微波的高頻段，平行雙線不能用來作為傳輸線。此在微波的高頻段，平行雙線不能用來作為傳輸線。 隨著頻率的提高，同軸線的橫截面尺寸必須

3、相應(yīng)減小，才能保隨著頻率的提高，同軸線的橫截面尺寸必須相應(yīng)減小，才能保證它只傳輸證它只傳輸TEM模，這樣會導(dǎo)致同軸線的導(dǎo)體損耗增加，尤其內(nèi)導(dǎo)模，這樣會導(dǎo)致同軸線的導(dǎo)體損耗增加，尤其內(nèi)導(dǎo)體引起損耗更大，傳輸功率容量降低。因此同軸線又不能傳輸很高體引起損耗更大，傳輸功率容量降低。因此同軸線又不能傳輸很高頻率的電磁波，一般只工作到毫米波段的較低段（一般小于頻率的電磁波，一般只工作到毫米波段的較低段（一般小于60GHz）。）。 它是由介質(zhì)基片的一邊為中心導(dǎo)帶，另一邊為接地板所它是由介質(zhì)基片的一邊為中心導(dǎo)帶，另一邊為接地板所構(gòu)成，其基片厚度為構(gòu)成，其基片厚度為d，中心導(dǎo)帶的寬度為，中心導(dǎo)帶的寬度為w。其

4、制作工藝。其制作工藝是先將基片研磨、拋光和清洗，然后放在真空鍍膜機(jī)中形成是先將基片研磨、拋光和清洗，然后放在真空鍍膜機(jī)中形成一層鉻一層鉻-金層，再利用光刻技術(shù)制成所需要的電路，最后采金層，再利用光刻技術(shù)制成所需要的電路，最后采用電鍍的辦法加厚金屬層的厚度，并裝接上所需要的有源器用電鍍的辦法加厚金屬層的厚度，并裝接上所需要的有源器件和其它元件，形成微帶電路。件和其它元件，形成微帶電路。 它是由一條厚度為它是由一條厚度為t，寬度為，寬度為W的矩形截面的中心導(dǎo)帶和上、下的矩形截面的中心導(dǎo)帶和上、下兩塊接地板構(gòu)成。兩接地板的距離為兩塊接地板構(gòu)成。兩接地板的距離為b。中心導(dǎo)帶的周圍媒質(zhì)可以是。中心導(dǎo)帶的

5、周圍媒質(zhì)可以是空氣，也可以是其它介質(zhì)。帶狀線中傳輸?shù)闹髂榭諝?，也可以是其它介質(zhì)。帶狀線中傳輸?shù)闹髂門EM模。為了減模。為了減少橫向輻射，接地板寬度少橫向輻射，接地板寬度D和接地板間距和接地板間距b必須滿足：必須滿足： (3 6),2DWb在介質(zhì)基片的一個面上制作出中心導(dǎo)體帶，并在緊鄰在介質(zhì)基片的一個面上制作出中心導(dǎo)體帶，并在緊鄰中心導(dǎo)體帶的兩側(cè)制作出導(dǎo)體平面，這樣就構(gòu)成了共面波中心導(dǎo)體帶的兩側(cè)制作出導(dǎo)體平面，這樣就構(gòu)成了共面波導(dǎo)，又叫共面微帶傳輸線。共面波導(dǎo)傳播的是導(dǎo)，又叫共面微帶傳輸線。共面波導(dǎo)傳播的是TEM波，波，沒有截止頻率。由于中心導(dǎo)體與導(dǎo)體平板位于同一平面內(nèi)，沒有截止頻率。由于中

6、心導(dǎo)體與導(dǎo)體平板位于同一平面內(nèi)，因此，在共面波導(dǎo)上并聯(lián)安裝元器件很方便，用它可制成因此，在共面波導(dǎo)上并聯(lián)安裝元器件很方便，用它可制成傳輸線及元件都在同一側(cè)的單片微波集成電路。傳輸線及元件都在同一側(cè)的單片微波集成電路。通常由金屬材料（銅、鋁等）制成的，矩形截面的、通常由金屬材料（銅、鋁等）制成的，矩形截面的、內(nèi)部填充空氣介質(zhì)的規(guī)則金屬波導(dǎo)稱之為矩形波導(dǎo)。內(nèi)部填充空氣介質(zhì)的規(guī)則金屬波導(dǎo)稱之為矩形波導(dǎo)。注意：矩形波導(dǎo)中有無窮多個滿足邊界條件的模式。矩形波導(dǎo)寬注意：矩形波導(dǎo)中有無窮多個滿足邊界條件的模式。矩形波導(dǎo)寬邊邊a一般大于窄邊一般大于窄邊b，故在矩形波導(dǎo)中，故在矩形波導(dǎo)中，TE10模的截止波長最

7、長，模的截止波長最長，是最低傳播模式。當(dāng)波導(dǎo)中傳輸?shù)碾姶挪ǖ墓ぷ黝l率低于是最低傳播模式。當(dāng)波導(dǎo)中傳輸?shù)碾姶挪ǖ墓ぷ黝l率低于TE10模模的截止頻率時，電磁波將很快衰減，不能在波導(dǎo)中傳播。的截止頻率時，電磁波將很快衰減，不能在波導(dǎo)中傳播。通常由金屬材料（銅、鋁等）制成的，圓形截面的、通常由金屬材料（銅、鋁等）制成的，圓形截面的、內(nèi)部填充空氣介質(zhì)的規(guī)則金屬波導(dǎo)稱之為圓波導(dǎo)。內(nèi)部填充空氣介質(zhì)的規(guī)則金屬波導(dǎo)稱之為圓波導(dǎo)。注意：圓波導(dǎo)中有無窮多個滿足邊界條件的模式，注意：圓波導(dǎo)中有無窮多個滿足邊界條件的模式，。它的。它的。 傳輸線有傳輸線有長線長線和和短線短線之分。所謂長線是指傳輸線的之分。所謂長線是指傳

8、輸線的幾何長度與線上傳輸電磁波的波長比值幾何長度與線上傳輸電磁波的波長比值(電長度電長度)大于或大于或接近接近1，反之稱為短線。，反之稱為短線。 長線長線(Long Line)分布參數(shù)電路分布參數(shù)電路 忽略分布參數(shù)效應(yīng)忽略分布參數(shù)效應(yīng) 短線短線(Short Line)集中參數(shù)電路集中參數(shù)電路 考慮分布參數(shù)效應(yīng)考慮分布參數(shù)效應(yīng) 當(dāng)頻率提高到射頻微波波段時，這些分布效應(yīng)不可當(dāng)頻率提高到射頻微波波段時，這些分布效應(yīng)不可忽略，所以微波傳輸線是一種分布參數(shù)電路。這導(dǎo)致傳忽略，所以微波傳輸線是一種分布參數(shù)電路。這導(dǎo)致傳輸線上的電壓和電流是隨時間和空間位置而變化的二元輸線上的電壓和電流是隨時間和空間位置而變

9、化的二元函數(shù)。函數(shù)。 根據(jù)傳輸線上的分布參數(shù)是否均勻分布，可將其分為根據(jù)傳輸線上的分布參數(shù)是否均勻分布，可將其分為均勻傳輸線均勻傳輸線和和不均勻傳輸線不均勻傳輸線。我們可以把均勻傳輸線分割。我們可以把均勻傳輸線分割成許多小的微元段成許多小的微元段d dz z (d (dz z) )，這樣每個微元段可看作集，這樣每個微元段可看作集中參數(shù)電路，用一個中參數(shù)電路，用一個L L型網(wǎng)絡(luò)來等效。于是整個傳輸線可型網(wǎng)絡(luò)來等效。于是整個傳輸線可等效成無窮多個等效成無窮多個L L型網(wǎng)絡(luò)的級聯(lián)。型網(wǎng)絡(luò)的級聯(lián)。 ()( )() ( )V zzV zRj L I zz ()( )() ()I zzI zGj C V

10、zzz ( )() ( )dV zRj L I zdz( )() ( )dI zGj C V zdz222( )( )0d V zk V zdzK.V.L K.C.L 0),(),(),(),(tzzvttzizLtzziRtzv0),(),(),(),(tzzittzzvzCtzzzvGtziDividing by z then z 0 ( , )( , )( , )( , )( , )( , )( )() ( )( )() ( )v z ti z tRi z tLzti z tv z tGv z tCztdV zRj L I zdzdI zGj C V zdz i(z, t)+v(z, t

11、)_Zz222( )( )0d V zk V zdz222( )( )0d I zk I zdz()()kRjL Gj Cj( )kzkzV zV eV e( )kzkzI zI eI e(, )coscoszzoouuvt zVtzeVtze 2Pvf( , )coscoszzooiii t zitzeitze0()/()VVZRj LGj CII 01( )()()()kzkzkzkzkI zV eV eV eV eRj LZ( )() ( )dV zRj L I zdz( )kzkzV zV eV e()()kRjL Gj C Characteristic impedance (Zo)

12、ranges for the various structuresStructure Zo()Microstrip 20-125Inverted microstrip 20-130Trapped inverted microstrip (TIM) 30-140Suspended stripline 40-150Coplanar waveguide (CPW) 40-150Slotline 60-200Finline 10-400Imageline 260,0RG0/Zj Lj CL CLC/LC( , )coscosoouuv t zVtzVtz( , )coscosooiii t zitzi

13、tz0()()kRjL Gj C0()/()VZRj LGj CI( )?( )inV dZI d)kzkzV zV eV e（( )( )( )VzzVz)()kzkzkzkzooV zV eV eVee （)()kzkzoI zIee（)( )/ ( )Z zV zI z（()/ZkzkzoVeeo0z 10)1oLooZZZ（LooLoZZZZkjjLC)()jzjzoV zVee （)()/j zj zooI zV eeZ（22(1)( )/ ( )(1)j dj doinoj dj doV eeZV dI dZV ee（d)()j zj zoV zVee（)()/j zj zooI

14、zV eeZ（cossin( )cossinLOinOOLZd jZdZ dZZd jZd(0)inLZZcossintan( )cossintanLOLOinOOOLOLZljZlZjZlZlZZZljZlZjZl22(1)( )/ ( )(1)j dj doinoj dj doV eeZV dI dZV ee（d)()j zj zV zVee（)2sin()cos(/2)vVzt（z,tLooLoZZZZ)2sin()cos(/2)vVzt（z,t(0)0oo 2)(1)( )(1( )j zjzoV zV eeA zz（2( )( )jzjzoA zV eze )j zV zV e（0m

15、axmaxminmin011VISWRVI 1SWR 0o tantantanLOinOOOLZjZlZZjZlZjZltantancotLOinOOLOZjZlZZZjZljZl LOinZZZ2GosGoZZZZLooLoZZZZ (1)()ininininGinGZVVVZZ 11ssoGsZZZ11ininoinZZ (1)/inininoIVZ030dBwdBm()()10log1P mWP dBmmW()()10logP WP dBWW0()/()ZRj LGj C()()kRjL Gj C0,0RG0/Zj Lj CL CLC02PvfLooLoZZZZ10)1oLooZZZ（t

16、an( )tanLOinOOLZjZlZlZZjZl( )( )( )inoininoZlZlZlZ0maxmaxminmin01111ininVIVSWRVItantantanLOinOOOLZjZlZZjZlZjZl1LooLoZZZZ VSWR1LooLoZZZZ1VSWRtancottanLOinOOOLZjZlZZjZlZjZl tantanLOinOOOLZjZlZZZZjZl0LooLoZZZZLOinZZZ200LinLZZZZ11ininVSWR ()()10log1P mWP dBmmW()()10logP WP dBWW0301dBwdBmW計(jì)算工作于計(jì)算工作于1.5MH

17、z傳輸線的傳輸線的Z ZC C 、 、 和和 ，以及傳，以及傳播速度。已知原參數(shù)為：播速度。已知原參數(shù)為：R0=2.6 /m，L0=0.82 H/m，G0=0，C0=22pF/m。傳輸線傳輸線單位長度的串聯(lián)阻抗為單位長度的串聯(lián)阻抗為 41.7116. 8j0000LRZ傳輸線傳輸線單位長度的并聯(lián)導(dǎo)納為單位長度的并聯(lián)導(dǎo)納為 S/m 1073.20jj5000CGY特性特性阻抗阻抗 3 . 940.198901073.2041.7116. 8005000CYZZ計(jì)算工作于計(jì)算工作于1.5MHz傳輸線的傳輸線的Z ZC C 、 、 和和 ，以及傳，以及傳播速度。已知原參數(shù)為：播速度。已知原參數(shù)為：R

18、0=2.6 /m，L0=0.82 H/m，G0=0，C0=22pF/m。j1059.40j10646 )901073.20)(41.7116. 8(3305000-.YZ傳播常數(shù)傳播常數(shù) m/s 10322. 21059.40105 . 12836波速波速 310646 .m/rad1059.403衰減常數(shù)衰減常數(shù) 相位常數(shù)相位常數(shù) 100m長的無損耗同軸傳輸線，總電感與總電容分別為長的無損耗同軸傳輸線，總電感與總電容分別為27.72 H和和180pF。求。求(1) f=100kHz時的時的 v 與與 ；(2)傳傳輸線的特性阻抗；輸線的特性阻抗；(3) 求傳輸線上的遲延。求傳輸線上的遲延。(1) 傳輸線單位長度的電感與電容為傳輸線單位長度的電感與電容為H2772. 01001072.2760LpF8 . 110010180120Cm/s 10416. 11800CLrad/m 10439. 410416. 1101002383100m長的無損耗同軸傳輸線，總電感與總電容分別為長的無損耗同軸傳輸線，總電感與總電容分別為27.72 H和和180pF。求。求(1) f=100kHz時的時的 v 與與 ；(