射频电路1_绪论20130905
55页1、射频电路与天线(一) RF Circuits and Antennas 第1讲 绪论,王世伟 副教授 华南理工大学电子与信息学院 TEL: 22236201-604 Email:,成绩评定与作业要求 (48学时) 作业30%,期未考试70%。 每周交一次作业,课件从网上下载http:/202.38.193.234/rf1/ 参考书籍 1 李绪益 微波技术与微波电路,华南理工大学出版社,2007,(教材,习题) 3 P. M. Pozar, Microwave Engineering, (Third edition), 电子工业出版社(中、英本),2006。 2 R. Ludwig, P. Bretchko, RF circuit Design Theory and Applications, 电子工业出版社(中、英本),2004。,第1讲内容,射频/微波的定义 射频/微波的特点 常规电路元件的射频特性 射频/微波的简史 课程内容设置 本课程的要求与建议,教材pp1-10,1.1 RF/MW的定义,射频(Radio Frequency)/微波(Microwave) 无线电频谱中占据某一特
2、殊频段的电磁波。,RF/MW典型应用的频谱,1.2 RF/MW的特点,频率高 通信系统中相对带宽f/f0通常为一定值,所以频率f越高,越容易实现更大的带宽f,从而信息的容量就越大。 例如,对于1%的相对带宽,600MHz频率下宽带为6MHz(一个电视频道的带宽),而60GHz频率下带宽为600MHz(100个电视频道!)。 因此,RF/MW的一个最广泛应用就是无线通信。,无线通讯-天涯若比邻,无线局域网(WLAN),电磁波,蜂窝电话系统,微波接力通信,卫星通信,北斗卫星导航系统CNSS,北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成,空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星,地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站,用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。,卫星定位导航,波长短 天线与RF电路的特性是与其电尺寸l/ 相关的。在保持特性不变的前提下,波长越短,天线和电路的尺寸l就越小,因此,波长短有利于电路的小型化。 目标的雷达散射截面(RCS)也与目标的电尺寸成正比,因此在目标尺寸一定的情况下,波长越小,RCS就越大。这就是雷达系统通常工作在MW的原因
3、。,雷达,大气窗口 地球大气层中的电离层对大部分无线电波呈反射状态(短波传播的原理),但在MW波段存在若干窗口。因此,卫星通信、射频天文通常采用微波波段。 分子谐振 各种分子、原子和原子核的谐振都发生在MW波段,这使得微波在基础科学、医学、遥感和加热等领域有独特的应用。,射电天文望远镜,微波炉,微波治疗仪,增强现实,谷歌眼镜,Vuzix眼镜,上述特点使得RF/MW有着广泛的应用,但是真正使RF/MW成为一门独立学科是因其具有一个独特特点: RF/MW的波长与自然界物体尺寸相比拟。 在RF/MW相邻低端以下的频段,波长比物体尺寸长很多,可以采用集总模型研究。 在RF/MW相邻高端以上的频段,波长比物体尺寸小很多,可以采用几何光学研究。 当波长与物体的尺寸相比拟时,电磁波波动性呈主流,因此必须采用电磁场理论和分布模型研究。,1.3 常规电路元件的射频特性,在常规交流电路中,最常用的电路元件是电阻R,电感L,电容C和连接这些元件的导线。 在频率较低时,电阻器,电感器和电容器分别对应于热能,磁场能量和电场能量集中的区域,所以可以用“集总”元件表征。这时R,L,C基本为常数,不随频率变化,导线也
4、相当于与频率无关的短路线段。 在RF/MW波段,由于导体的趋肤效应,介质损耗效应,电磁感应等的影响,器件区域不再是单纯能量的集中区,而呈现分布特性。,1.3.1 长线概念,考虑导线上传输交变电流i,变化规律为 分别考虑,对应的波长,于是在一段长为1米的导线上,照明电流几乎不变化,GSM蜂窝电话电流有3.3个周期变化,而X波段雷达电流有33个周期变化。因此,对于照明电力系统,导线长几米都不会有什么影响,而对于X波段雷达,导线那怕变化几厘米,影响都很大。 通常把RF/MW导线(传输线)称为长线,传统的电路理论已不适合长线。,长线概念,考虑一个半径为a,长为l,电导率为s的圆柱导体,沿纵向流过的直流电流为I。由于直流电流均匀地分布在导体内,因此,直流电阻R和电流密度J为,1.3.2 导体的趋肤效应,对于交流电流,导体周围产生磁场。 交流磁场又产生电场。 而电场形成与原电流相反的电流密度,在导体中心处,这种效应最强烈,致使导体中心的电流密度明显减小,随着频率的增高,电流趋于导体表面,即趋肤效应。,因此,高频时,导体损耗会增大,并具有电感效应。高频时,沿纵向的电流密度沿导体径向的分布规律为 高频
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