电子科技大学通信射频电路传输线理论9-12

电子科技大学第四章传输线理论•本章内容1.传输线的集总元件电路模型2.传输线上的波传播特性及特征参量3.传输线参量4.端接负载的无耗传输线5.传输线阻抗变换器重点掌握传输线的集总元件电路模型及电报方程;传输线上的波传播特性及传播常数、阻抗和功率流等特征参量的物理意义;传输线参量;端接负载的无耗传输线的输入阻抗,传输线阻抗变换器;回波损耗和插入损耗的物理意义。电子科技大学•射频电路使用的传输线类型传输线类型:(a)双并行线,(b)同轴线,(c)微带线,(d)三层线,(e)共面波导,(f)倒置微带线,(g)悬置微带线,(h)波导电子科技大学一个2GHzHMIC功率放大器使用CPW传输线的Ku波段两级平衡放大器MMIC电子科技大学5-15GHz空间功率合成PA(32Card)电子科技大学•传输线特性分析方法1.FullEMTheory2.EquivalentCircuitTheory&4.1传输线的集总元件电路模型•传输线的集总元件电路模型传输线的集总元件电路电子科技大学•传输线的等效电路分析法特点1.直观的物理图象2.可用Kirchhoff定理分析3.微观到宏观形式扩展的过程4.未考虑电路材料的非线性特征•传输线方程(电报方程)i(z,t)+v(z,t)_ZzzLz()Izz()VzzCzGzRz()Iz()Vz(())(,)cos(())Re()Re(())vmijtzjtmitzItzIeeIz(())(,)cos(())Re()Re(())vmvjtzjtmvtzVtzVeeVz电子科技大学()()()dVzRjLIzdz()()()dIzGjCVzdz222()()0dVzkVzdz222()()0dIzkIzdz微观Kirchhoff电压/电流定律()()()()IzzIzGjCVzzz()()()()VzzVzRjLIzzi(z,t)+v(z,t)_ZzzLz()Izz()VzzCzGzRz()Iz()Vz传输线上的电压/电流波传播方程电子科技大学222()()0dVzkVzdz222()()0dIzkIzdz()()kRjLGjCj典型的波动方程!()()()kzkzVzVeVeVzVz()()()kzkzIzIeIeIzIzk:复传播常数,:传播常数,:衰减常数00(,)coscoszzovovvtzVtzeVtze00(,)coscoszzoioiitzitzeitze(,)Re(())Re{()}(,)Re(())Re{()}jtjtkzkzjtjtkzkzvtzeVzeVeVeitzeIzeIeIe电子科技大学•传输线上电压波及特征参量2Pvf2T00,0(,)sin(/4)oovVvtzVtzgdvdk电子科技大学•传输线特性参量RjL传输线特征参量（R,L,G,C）依赖于传输线的结构和使用的材料，其决定了传输线上电压/电流波的传播特性!GjC&4.2传输线特征参量传输线单位长度的电阻：Ｒ传输线单位长度的电感：Ｌ传输线单位长度的电导：Ｇ传输线单位长度的并联导纳：传输线单位长度的电容：Ｃ传输线单位长度的串联阻抗：电子科技大学•三种传输线的R,L,G,C电子科技大学•传输线的特性阻抗0()/()VVZRjLGjCII传输线特性阻抗依赖于传输线单位长度的R,L,G,C!01()()kzkzkzkzIzIeIeVeVeZ()()()()/()kzkzkzkzVeVekVeVeRjLRjLGjC0/ZLC•无损传输线特性阻抗(R=0,G=0)•传输线上电压波与电流波之间的关系电子科技大学•微带传输线特性阻抗1.Dielectriclossesad(typicallysmall)2.ConductionlossesaCwhichcanbesignificant3.Radiationlossesar;Lossesdependsonfrequency!•微带传输线的损耗电子科技大学Characteristiclineimpedanceasafunctionofw/h•微带传输线特性阻抗与结构/材料的关系电子科技大学微带传输线特性阻抗与导体层厚度的关系电子科技大学•典型传输线的特性阻抗典型量值传输线类型Zo(Ω)Microstrip20-125Invertedmicrostrip20-130Trappedinvertedmicrostrip(TIM)30-140Suspendedstripline40-150Coplanarwaveguide(CPW)40-150Slotline60-200Finline10-400Imageline≈26电子科技大学•无损传输线(R=0,G=0)特性电压波/电流波沿无损传输线传播无衰减!0/ZLC特性阻抗：电压／电流波传播常数：kjLCj电压波/电流波特性00(,)coscosovovvtzVtzVtz00(,)coscosoioiitzitzitz＆4.3端接负载的无耗传输线电子科技大学•端接负载传输线的输入阻抗()()?()inVzZzIz•电压波反射系数)()()kzkzVzVzVzVeVe（()()()kzinkzVzVezVzVe•端接负载的传输线输入阻抗0(0)(0)(0)inLoLoVzVZZZZ20kze电子科技大学kjjLC0)()()()()kzkzinVzVzzVzVee（)kzkzIzIeIe（000)()/()kzkzkzkzinZzZeeee（00()=V()/ZkzkzkzkzVeVeZeeo在无耗传输线情况0)()/jzjzoIzVeeZ（0)()jzjzVzVee（电子科技大学2222)()/()(1)(1)(1)(1)injzjzoojzjzojzoojzoZVzIzVeeZVeeeZe（zcossin()cossinLOinOOLZdjZdZdZZdjZd(0)inLZZcossin()cossinLOinOOLZzjZzZzZZzjZz0LoLoZZZZ电子科技大学•驻波及驻波比)()jzjzVzVee（)Re{()}2sin()cos(/2)jzjzjtvVeeeVzt（z,t驻波特性Standingwavepatternforvariousinstancesoftime0(0)0,1inLZZ电子科技大学0)jzLooZZVzVe（2)(1)()(1())jzjzoVzVeeAzz（2()()jzjzoAzVeze1SWR0(0),inLZZ0maxmaxminmin011VISWRVI•驻波比(SWR/VSWR)0,1LoZ或SWR电子科技大学1SWRSWRisameasureofmismatchoftheloadtothelineSWR=1(matched)SWR=verylarge(mismatch----totalmismatch)电子科技大学1.一端口短路传输线的输入阻抗()taninOZdjZd•端接负载的无耗传输线的输入阻抗一端口短路传输线输入阻抗与长度关系（给定频率）电子科技大学端口短路传输线输入阻抗与工作频率的关系（给定长度）2.一端口开路传输线的输入阻抗cotinOZjZd3.一端口接负载ZL传输线的输入阻抗cossin()cossinLOinOOLZdjZdZdZZdjZd电子科技大学•一端开路传输线的等效电感或电容cotinOZjZljLIm{}0inZ1(cot())/olarcnCZ电感元件(cot())/oLlarcnZ电容元件cot/inOZjZljCIm{}0inZ•传输线实现电感或电容元件电子科技大学•一端短路传输线的等效电感或电容taninOZjZljLIm{}0inZ(arctan())/oLlnZ1(cot())/olarcnCZ电感元件电容元件tan/inOZjZljCIm{}0inZ电子科技大学•传输线阻抗变换器2/4/2(/4/2)OinLdnZZnZ若cossin()cossinLOinOOLZdjZdZdZZdjZd•1/4波长变换器0inLZZZ•短变换器20LLLXZZRZRZ10()tanLLZZRdXZinRjXLZZcossin()cossinLOinOOLZdjZdZdZRjXZdjZd电子科技大学&4.4端接源和负载的传输线功率传输特性GosGoZZZZoGinGoZZZZ端接源和负载的传输线模型LoLLoZZZZoLoutoLZZZZ电子科技大学(1)()ininininGinGZVVVZZ11ssoGsZZZ11ininoinZZ(1)/inininoIVZ在无损传输线情况•功率传输特性22*022220Re()/2(1)/21(1)/81inininininGsinsinPVIVZVZ电子科技大学200,0/8sLinGPVZ1.Loadandsourcematchedline2.Mismatchatsource,butmatchatload2200,0,1/8LsinGsPVZ•信号功率单位1.瓦/VA2.dBm3.dBW()()10log1PmWPdBmmW()()10logPWPdBwW电子科技大学•回波损耗和插损回波损耗（ReturnLoss)插损(InsertionLoss)10log(/)20log()()rininRLPPdB10log(/)10log(()/)20log(1)()tininrininILPPPPPdB电子科技大学作业《射频电路设计——理论与应用》第二章中习题2.16,2.19,2.25,2.282.31,2.33.