《射频电路与天线》PPT课件
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射频电路与天线课件
射频电路设计与优化Leabharlann 1射频电路优化方法
2
探讨射频电路优化的方法和技术，如参
数调节和仿真模拟等。
3
射频电路设计步骤
详细介绍射频电路设计的步骤，从需求 分析到电路布局的最佳实践。
实例分析
通过实例案例，展示射频电路设计和优 化的具体过程和成果。
天线设计与优化
天线设计步骤
天线优化方法
详细介绍天线设计的步骤，包括 需求分析、参数确定和性能评估。
射频电路与天线课件
本课件将介绍射频电路与天线的基础知识，包括课件目的、学习目标，以及 射频电路与天线的应用领域和基本原理。
射频电路基础知识
1 什么是射频电路
介绍射频电路的概念和定 义，以及其在无线通信和 雷达等领域的重要性。
2 射频电路的应用领域 3 射频电路的基本原理
探索射频电路在无线通信、 移动通信、卫星通信和雷 达等领域的广泛应用。
讲解射频电路的工作原理， 包括频率、功率和阻抗匹 配等关键要素。
天线基础知识
1 什么是天线
介绍天线的定义和作用， 以及其在无线通信系统中 的重要性。
2 天线的种类和结构
探索不同类型和结构的天 线，如偶极子天线、微带 天线和方向天线等。
3 天线的工作原理
讲解天线的工作原理，如 辐射和接收无线信号的过 程。
讨论天线优化的方法和技术，如 天线阻抗匹配和辐射特性优化。
实例分析
通过实例案例，展示天线设计和 优化的具体过程和成果。
课程总结
复习要点
回顾课程的重点内容和关键知识点，巩固学习成果。
射频电路与天线10_谐振器
并且谐振器的q值为短路传输线谐振器沿线的电压分布researchinstitutewirelesstechniques对于的情形于是谐振角频率为谐振时传输线长度为在谐振频率附近tan四分之一波长谐振器tancottan短路14波长传输线谐振器researchinstitutewirelesstechniques可知四分之一波长短路传输线谐振器在谐振频率附近可以等效为并联rlc谐振电tantanhtanhtantanhtantanhtanresearchinstitutewirelesstechniquesresearchinstitutewirelesstechniques采用与前面相同的方法可以证明半波长开路传输线谐振器在谐振频率附近可以等效为一并联rlc谐振电路且开路传输线谐振器tanhtantanhtantanhresearchinstitutewirelesstechniques同样可以证明四分之一波长开路传输线谐振器在谐振频率附近等效为一串联rlc谐振电researchinstitutewirelesstechniques103矩形谐振腔矩形腔是由两端封闭的一段矩形波导组成
South China University of Technology
tanh l j tan l Yin Y0 tanh( j )l Y0 1 j tan l tanh l
采用与前面相同的方法，可以证明，半波长开
路传输线谐振器在谐振频率附近可以等效为一 并联RLC谐振电路，且
第10讲内容
South China University of Technology
RLC谐振电路 传输线谐振器 矩形谐振腔 圆柱形谐振腔 同轴腔 微带谐振器 谐振器的耦合
Research Institute of RF & Wireless Techniques
South China University of Technology
tanh l j tan l Yin Y0 tanh( j )l Y0 1 j tan l tanh l
采用与前面相同的方法，可以证明，半波长开
路传输线谐振器在谐振频率附近可以等效为一 并联RLC谐振电路，且
第10讲内容
South China University of Technology
RLC谐振电路 传输线谐振器 矩形谐振腔 圆柱形谐振腔 同轴腔 微带谐振器 谐振器的耦合
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华工射频电路与天线(一)课程
Research Institute of Antennas & RF Techniques射频电路与天线（一）RF Circuits and Antennas 第1讲绪论褚庆昕华南理工大学电子与信息学院天线与射频技术研究所TEL: 22236201-601Email:qxchu@1.1RF/MW典型应用的频谱Research Institute of Antennas & RF Techniques So u thC h i n a U n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y 1.2RF/MW 的特点频率高¾通信系统中相对带宽Δf/f通常为一定值，所以频率f越高，越容易实现更大的带宽Δf，从而信息的容量就越大。
¾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！）。
¾因此，RF/MW的一个最广泛应用就是无线通信。
Research Institute of Antennas & RF TechniquesSo u thC h i n a U n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y 微波接力通信Research Institute of Antennas & RF Techniques So ut hC h i n a U n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y 蜂窝电话系统Research Institute of Antennas & RF Techniques So u t h C h i n a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y 波长短¾天线与RF 电路的特性是与其电尺寸l /λ相关的。
天线PPT课件(完整版)
近区场的性质：由于电场和磁场相差90度，故坡印 廷矢量的平均值等于零，这说明无电磁场能量辐射， 称为感应场。
远区场：当 kr 1 时称为远场区，电磁场主要由 kr 的低次幂项决定，故可略去 kr 的高次幂项，得
Er E
E
j
H
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4
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2 A k 2 A
J
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J
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洛伦兹条件：
A j
1
A
j
2 A k 2 A J
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in
H
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kr 1
波阻抗：
Zw
E H
固有阻抗：
120 377
§1.2 电基本振子
远区场的性质：
（1）电场与磁场在空间相互垂直，它们均与r 成反 比。因等相位面为球面，故为球面电磁波。
（2）因在传播方向上电磁场的分量为零，故为横电 磁波，记为TEM波。
天线发展简史
二、1901, 马可尼（Guglielmo Marconi, 1874-1937，1909 年 诺贝尔物理学奖）
1901年马可尼成功实现横穿大西洋（英国—加拿大） 的无线电通信。位于英国（Poldhu, England）的发射天线 由50根斜拉导线组成，用悬于60米高的木塔间的钢索支撑。 位于加拿大（Newfoundland, Canada）的接收天线是200米 长的导线，由风筝牵引。
远区场：当 kr 1 时称为远场区，电磁场主要由 kr 的低次幂项决定，故可略去 kr 的高次幂项，得
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波阻抗：
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固有阻抗：
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§1.2 电基本振子
远区场的性质：
（1）电场与磁场在空间相互垂直，它们均与r 成反 比。因等相位面为球面，故为球面电磁波。
（2）因在传播方向上电磁场的分量为零，故为横电 磁波，记为TEM波。
天线发展简史
二、1901, 马可尼（Guglielmo Marconi, 1874-1937，1909 年 诺贝尔物理学奖）
1901年马可尼成功实现横穿大西洋（英国—加拿大） 的无线电通信。位于英国（Poldhu, England）的发射天线 由50根斜拉导线组成，用悬于60米高的木塔间的钢索支撑。 位于加拿大（Newfoundland, Canada）的接收天线是200米 长的导线，由风筝牵引。
《射频电路与天线》课件
电容元件
定义
电容元件是一种能够存储电场能 量的元件，其基本结构是两个平
行板导体之间的绝缘介质。
工作原理
当电压施加在电容元件上时，会在 电介质中产生电场，使得两极板之 间产生电荷吸引力。
特性
电容元件具有容抗，其值与电容量 和频率成反比。在射频电路中，电 容元件常用于滤波、耦合和匹配等 应用。
电阻元件
天线的工作原理
总结词
天线的工作原理
VS
详细描述
天线的工作原理基于电磁波的传播和辐射 。当天线受到电磁波激励时，会在其周围 产生电磁场，形成电磁波的辐射和传播。 天线的形状、尺寸和材料等因素决定了其 辐射特性和方向性。常见的天线形式包括 偶极子天线、单极子天线、抛物面天线等 ，它们各有不同的工作原理和应用场景。
能将得到进一步提升，为无线通信技术的发展提供有力支持。
02 射频电路的基本元件
电感元件
定义
电感元件是一种能够存储磁场能量的 元件，其基本结构是一个导线绕组。
工作原理
特性
电感元件具有感抗，其值与电感量成 正比，与频率成反比。在射频电路中 ，电感元件常用于滤波、耦合和调谐 等应用。
当电流在电感元件中流动时，会产生 一个与电流变化方向相反的感应电动 势，阻碍电流的变化。
《射频电路与天线》PPT课件
contents
目录
• 射频电路概述 • 射频电路的基本元件 • 天线基础 • 常见天线类型与应用 • 天线阵列与馈电网络 • 射频电路与天线的未来发展
01 射频电路概述
定义与特点
总结词
射频电路是无线通信系统中的关键组成部分，具有频率高、频带宽、信号传输损耗低等特点。
要点二
详细描述
在进行馈电网络设计与实现时，需要综合考虑信号传输效 率、功率分配均匀性、相位一致性等因素。通过对传输线 型式、功率分配器和相位调整器等进行合理选择和设计， 可以确保馈电网络的性能满足天线阵列的工作需求。同时 ，还需要考虑馈电网络的可靠性、可维护性和成本等因素 ，以满足实际应用的需求。
华工射频电路与天线(一)课程
Research Institute of Antennas & RF Techniques射频电路与天线（一）RF Circuits and Antennas 第1讲绪论褚庆昕华南理工大学电子与信息学院天线与射频技术研究所TEL: 22236201-601Email:qxchu@1.1RF/MW典型应用的频谱Research Institute of Antennas & RF Techniques So u thC h i n a U n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y 1.2RF/MW 的特点频率高¾通信系统中相对带宽Δf/f通常为一定值，所以频率f越高，越容易实现更大的带宽Δf，从而信息的容量就越大。
¾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！）。
¾因此，RF/MW的一个最广泛应用就是无线通信。
Research Institute of Antennas & RF TechniquesSo u thC h i n a U n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y 微波接力通信Research Institute of Antennas & RF Techniques So ut hC h i n a U n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y 蜂窝电话系统Research Institute of Antennas & RF Techniques So u t h C h i n a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y 波长短¾天线与RF 电路的特性是与其电尺寸l /λ相关的。
传输线理论3-射频电路与天线
Zc
在波腹点，阻抗为实数，且与特性阻抗 成 正比，比例系数为驻波比。
同理，在电压波节点（电流波腹点）有：
Zin Zc /
在波节点，阻抗为实数，且与特性阻抗 成 正比，比例系数为驻波比的倒数。
2.5 无耗传输线的功率
South China University of Technology
注意书中（1-76）式有误
South China University of Technology
其中，c，d 分别表示导体损耗和介质损耗引 起的衰减常数。 可见，小损耗时，特性阻抗和相移常数可以 用 无耗时的值近似。衰减常数为导体衰减常 数与 介质衰减常数之和。
• 传输线效率
由于传输线总存在一定的损耗，或者负载与 传输线间未达到完全匹配，所以电源的功率 不可能全部为负载所吸收，这就有传输效率 的问题。 定义传输线效率：负载吸收的功率与传输线 上的输入功率之比，以η表示，即
jXL 等效为一段长为 lx
XL Zc tan lx
XL 1 1 1 XL tan lx tan Z c 2 Zc
所以，将短路线的驻波曲线沿传输线移动 lx 距离便可以得到端接电抗 jX时驻波曲线。
2.4.3 行驻波状态（部分反射）
当传输线端接任意阻抗
j l U U Le j l 0 e
2.4 无耗传输线的工作状态
South China University of Technology
传输线上电压与电流的通解为
U U U U0 (e j z Le j z ) 为什么是L ?不是 I 1 U 0 (e j z L e j z ) Zc
2010_射频电路与天线4_圆图
4.1.1 反射系数圆与相位射线
South China University of Technology
考虑无耗传输线 j ( L 2 l ) j ( l ) e e (l ) r ji
2 2 r i , arg r ji arg tan i r
2 2 2
r
1 1 r 1 i x x
x
0
±0.5 (1,±2) 2
±1
±2
∞ (1,0) 0
圆心 1, 1 (1,±∞) x 半径
1 x
(1,±1) (1,±1/2) 1 1/2
∞
Research Institute of RF & Antenna Techniques
当从负载向电源方向行进时，反射系数在Γ平 面上的轨迹是包含在单位圆内沿顺时针旋转的 圆（负相角）。反之，当从电源向负载方向行 进时，圆是逆时针旋转（正相角） 。 传输线上移动的距离 z 与转动的角度 满足 2 z 4 z 旋转的角度可以用相对值 z 示。
Smith阻抗圆图的特点：
South China University of Technology
上半圆内的阻抗为感抗： X L 0 ； 下半圆内的阻抗为容抗： X L 0 ； 实轴上的阻抗为纯电阻； 左边实轴上的点代表电压最小点：Z Rmin Z c 右边实轴上的点代表电压最大点： Z Rmax Z c 实轴左边端点为阻抗短路点：Z 0 实轴右边端点为阻抗开路点： Z 圆图中心点为阻抗匹配点 ： Z Z c 整个圆电长度以 0.5 为周期， 所谓 / 2 阻抗重复性。
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圆内沿顺时针旋转的圆（负相角）。反之，当从电源向负载方向行进时，
圆是逆＝时针常旋数转（正相角） 。
平面
＝常数
l 2 l
( l)
(z) 常数 1
【例4-1】已知 解：因为
位于，图求上A点ΓL。处0的.7
向电源方向等圆顺时ΓL转0.01.877e5到j 0 B点，
得
，于是
。
z 0.1875
(z)
把阻抗圆图和导纳圆图迭在一起，就绘成导抗圆图。
导纳圆图与阻抗圆图理解实例 【附加例】若归一化负载阻抗为1+j，求离负 载0.125波长处的输入阻抗。
先利用阻抗圆图
根据阻抗圆图可求得输入阻抗为2-j
利用导纳圆图 归一化负载导纳为0.5-j0.5
利用导纳圆图 归一化输入导纳为0.4+j0.2 旋转180°可得到阻抗值为2-j
注意：
变1350，z
变化
(z) 0.7e j1350
要注意旋转方向
对与但 起为于始了点方圆无便，关，。规的定起取始点4任意时0，.，2因5为我们求；的是两点间的电长度，
时，
。
z/
00 180 0
z / 0.25 z/ 0
l 0.1
(z)
当传输线有耗（小损耗）时，反射系数的相位特性不变，模不再是 圆。
；X L 0
；
XL 0
左边实轴上的点代表电压最小点： 右边实轴上的点代表电压最大点： 实轴左边端点为阻抗短路点： 实轴右边端点为阻抗开路点：
Z Rmin Zc Z Rmax Zc
圆图中心点为阻抗匹配点 ：
Z 0
整个圆电长度以 为周期， 所谓 阻抗重复性。
Z Z Zc
0.5
/2
4.1.4 Smith 导纳圆图
• Smith圆图已成为分析和设计RF/MW电路的常用工具，许多设计软 件和测量仪器都使用Smith圆图。
• 阻抗的计算问题包括：
– 反射系数的模 Γ – 反射系数的相位 2 j z – 输入阻抗的实部（电阻）Rin • 后–面将输会证入明阻，在抗以的反射虚系数部的（实部电和纳虚部）构X成in的坐标系中，反射系数
这时可在图上加画衰减圆，以
为半径画圆，并标明 值。
具体求 到
时，先按无耗时的方法求 。
。 然 后e利2用 z衰 减 圆 ， 得
例如， 在A点，顺时等圆z旋转到B，得到 ，设
，于是到C点
得
。
L e2z
L
(z) l 0.1
(z)
4.1.2 归一化阻抗圆
• 我们希望能在平面上反映阻抗特性
设
r j归i 一化阻抗
• 为使Smith圆图不致过于复杂，图中一般不标出 圆，使用时不难用圆 规等工具求出。
• 从图上可以读出：r, x, , 四个量。 • 只要知道其中两个量，就可根据圆图求出另外两个量。
Smith阻抗圆图
Smith阻抗圆图的特点：
上半圆内的阻抗为感抗： 下半圆内的阻抗为容抗：
实轴上的阻抗为纯电阻；
的模、输入阻抗的实部（电阻）和虚部（电纳）都构成圆，反射系数的 相位构成射线。
• 正是这些圆和射线构成了Smith圆图。
4.1.1 反射系数圆与相位射线
• 考虑无耗传输线
• 在 平面(z内) （实L部e为j(横L 2坐z标) ，虚部为竖坐标） l
是一簇单位圆内的圆
是一簇从原点发出的射线
• 当从负载(z向) 电 源常方数向行1进时，反射系数在 平面上的轨迹是包含在单位
射频电路与天线（一）
RF Circuits & Antennas
第4讲
Sm陈i付th昌圆图 华南理工大学电子与信息学院 天线与射频技术研究所
Email:chenfuchang@
第4讲内容
• Smith圆图 • 传输线例题
教材pp23-34
4.1 Smith 圆图
• 在射频电路中，经常遇到阻抗计算问题：
Zin (z)
Zc
ZL Zc
Zc ZL
j j
tan tan
z z
Γ (z) ΓLe2 j z
• 上述计算涉及复杂的复数计算，在电子计算机尚不普及的时期，人们采
用作图法计算，Z便in 出现Z了c 11Smith圆图。
• 今天，计算机计算已变得非常容易，精度远远高于作图法。但是， 并不能说作图法就无用了，更不能说圆图就可以淘汰了，因为圆图 不仅可以简化计算，更重要的是可以提供清晰的几何概念和物理意 义。
1. 用阻抗圆图由导纳求导纳
Y Y Yl jtgl g jb
因为
Yc 1 jYltgl
Z Z Zl jtgl r jx
Zc 1 jZltgl
所以只要作下面代 替 ：Z 1 Y 1
就可以直接用Smith阻Z抗圆1图计算Y导纳1 。
r g x b
22g源自rg1i2
1
g
1
r
12
i
1 b
2
1 b
2
r圆
x圆
半径 1 g 1
,
圆心
g
g 1
,
0
半径
1 b
，
圆心
1,
1 b
• 但要注意，同时要做下列变换： – 开路点和短路点互换。 – 上半圆为容抗。 – 下半圆为感抗。 – 电压最大点与最小点互换。 – 平面坐标轴反向。
2. 用阻抗圆图从阻抗求导纳或由导纳求阻抗
由 Z 得Zin r jx
于是
Zc
Z 1 Z 1
r ji r 1 jx r 1 jx
rr
r 1 x i r
i x
1
r x
1
r 1 i x 2 r 1
x i r 1
1 r
r r
1 i2
1 r
r
1
r
1
r x
i
i x 2 r 1
x
r2
2r r 1
r
i2
1 1
r r
r2
2r
i2
2 x
i
1
r
r
r 2
1
i2
1 2 r 1
r
12
i
1 2
x
1 2 x
r圆
半径 1 , 圆心 r ,0
r 1
r 1
x圆
半径 1 ， 圆心 1, 1
x
x
短路点
匹配点
开路点
r圆
x圆
4.1.3 Smith阻抗圆图
• 将 圆、 射线 、r圆、x圆在平面汇集，便构成Smith阻抗圆图。
• 可因见为，如果在Z阻抗11圆图上已知某Y个归11一化阻抗11点，ee则jj沿着反射系数圆
旋转 后的对应点就是与之对应的归一化导纳值，所谓 阻抗倒
置性。 3. 导纳圆图
1800
把整个阻抗圆图旋转 ，就得到了导纳圆图，但这时图上的特征 点/ 4不 变， 平面坐标轴不变。
1800
Smith导纳圆图
4.导抗圆图(教材最后一页）
4.1.5 圆图应用
➢Smith圆图常应用于下列问题的计算：
由负载阻抗求线上的驻波比或反射系数和 输入阻抗。