射频电路与天线(华工)详解版
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-第二讲-传输线(1)-20110831
vp 0
t2
t1
z1
2 Antennas & RF Techniques Research Institute of
z
z
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说明 e j z 表示沿正z方向以 v p 速度传输的波。 通常称为入射波或正向波。 由于 v p 反映了波的等相位面传播的速度，所以 也称为波的相速度。 同理， e j z 表示沿负z方向以 v p传播的波。通常 称之为反射波或反向波。
式中， Z c Z 0
Y0
称为传输线的特性阻抗。 称为传输线的传播常数。
Z 0Y0
通常设
j
则 称为衰减常数， 称为相移常数。
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沿负z向传播但振幅衰减的波。
传输线上的电压是入射波和反射波电压之和
U A1e z A2 e z U i U r
传输线上的电流是入射波和反射波电流之和
1 ( A1e z A2 e z ) I i I r I Zc
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在频域，设时间因子为 e 于是，频域的电报方程为
j t
， j t
U ( R0 j L0 ) I Z 0 I z I (G0 jC0 )U Y0U z
不难得到，频域波动方程为
《射频电路与天线》PPT课件
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
射频电路与天线9_基本元件
E-T接头
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H-T接头
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短路活塞
短路活塞实质上就是长度可调整的短路线段。
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为了实现良好的短路特性，短路活塞应该与 波导壁保持紧密接触。 但紧密接触会造成滑动困难。所以简单的短 路活塞难以在电气性能与机械性能同时得到 理想的特性。
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调节螺钉
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9.3 同轴元件
同轴线的主模是TEM模，采用波导不连续性
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的分析方法，可以得到同轴线不连续性的等 效电路。
同轴线阶梯
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《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
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注意书中（1-76）式有误
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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
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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
射频电路与天线课件
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射频电路=传输线+不连续性
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传输线 传输线
不连续性2
传输线 传输线
不连续性1
传输线
不连续性n
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传输线建模：把传输线等效为双线，用特征
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参数 - 特性阻抗和传播常数表征。单模传输 线等效为一条双线， m模传输线等效为 m条 传输线。 不连续性建模：可以采用集总等效电路模型， 也可以采用网络矩阵表征。 于是，通过建模，射频电路等效为由传输线 和不连续性网络构成的电路。射频电路就可 以采用电路理论分析和设计，“场方法”转 化为“路方法”。 网络方法的思想：化繁为简、化整为零、各 个击破、整体连接。把复杂的三维电磁场问 题转变为一维电路问题。
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传输线建模－双线
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单模传输
Zc,
m模传输
Zc1, 1 Zc2, 2
Zcn, n
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3双端口网络a矩阵转移矩阵?定义????归一化a矩阵121112212212uu???aaaaii??????????????02121111120101020121210102222202zaaaazzzzaazzaaz???????????researchinstituteofrfwirelesstechniquessouthchinauniversityoftechnology级联网络?在a矩阵的定义中输出端口的电流之所以选为负值是因为这样定义的a矩阵特别方便计算级联网络的a矩阵?????a?????naaa21??????3122121223nnnnnu????u????u????u???u????uaaaiiiiii???????????????????????????????1121nnnu????u???aaaii???????researchinstituteofrfwirelesstechniquessouthchinauniversityoftechnology例题91??11111uuziii???????????????a???????1011z??12122uuiyui?????????????????????1012ya求下图所示形网络的a和a矩阵
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一、填空题1、无耗传输线终端短路，当它的长度大于四分之一波长时，输入端的输入阻抗为容抗，将等效为一个电容。
[见P19段路线输入阻抗公式1-45]2、无耗传输线上驻波比等于1时，则反射系数的模等于0。
3、阻抗圆图上，|Γ|=1的圆称为单位圆，在单位圆上，阻抗为纯电抗，驻波比等于无限大。
4、只要无耗传输终端接上一个任意的纯电阻，则入射波全部被吸收，没有反射，传输线工作在匹配状态。
[ZL=ZC才能匹配]5、在传输线上存在入射波和反射波，入射波和反射波合成驻波，驻波的最大点电压值与最小点上的电压值的比即为传输线上的驻波比。
6、导纳圆图由等反射系数圆、等电抗圆和等电阻圆组成，在一个等电抗圆上各点电抗值相同。
7、圆波导的截止波长与波导的截面半径及模式有关，对于TE11模，半径越大，截止波长越短。
[无论是矩形波导，还是圆波导，截止波长都与a(矩形时为宽边，圆时为半径)成正比。
圆波导主模TE11，次模TM10]8、矩形波导的工作模式是TE10模，当矩形波导传输TE10模时，波导波长（相波长）与波导截面尺寸有关，矩形波导截面的窄边尺寸越小，波导波长（相波长）越长。
[见P45-相波长（波导波长）的公式，可知其只与某一频率和截止波长有关，且与截止波长（=2a）成反比，与窄边b无关。
矩形波导主模TE10，次模TE20]9、在矩形谐振腔中，TE101模的谐振频率最小。
[矩形谐振腔主模TE101]10、同轴线是TEM传输线，只能传输TEM波，不能传输TE或TM波。
[都能传，但大多数场合用来传TEM波]11、矩形波导传输的TE10波，磁场垂直于宽边，而且在宽边的中间上磁场强度最大。
[P46倒数第三行，磁场平行于波导壁面。
电场沿x轴正弦变化，在x=a/2处电场最大。
]12、圆波导可能存在“模式简并”和“极化简并”两种简并现象。
13、矩形波导中所有的模式的波阻抗都等于377欧姆。
[矩形波导在TE模式>η，TM模式<η，η为TEM在无限大媒质中的波阻抗，在空气中则为377。
注意：矩形波导不能传输TEM。
] 14、矩形谐振腔谐振频率和腔体的尺寸与振荡模式有关，一般来讲，给定一种振荡模式，腔体的尺寸越大，谐振频率就越高。
[P50]15、两段用导体封闭的同轴型谐振腔，当它谐振在TEM模时，其长度等于半波长的整数倍。
[P99，同轴型谐振腔分三种类型，半波长、1/4波长、电容负载式]16、对称振子天线上的电流可近似看成是正弦分布，在天线的输入端电流最大。
17、对称振子天线既可以作发射天线，也可以作接收天线，当它作为发射天线时，它的工作带宽要比作为接收天线时大。
18、天线阵的方向性图相乘原理指出，对于由相同的天线单元组成的天线阵，天线阵的方向性图可由单元天线的方向性图与阵因子相乘得到。
19、螺旋天线的工作模式有法向模、轴向模和边射模三种，其中轴向模辐射垂直极化波。
20、在相同的辐射场强条件下，定向天线与无方向性天线相比可节省输入功率，所节省的倍数等于天线的方向性系数。
二、选择题1、已知传输线的特性阻抗为50Ω，在传输线上的驻波比等于2，则在电压驻波波节点上的输入阻抗等于：（）（4）[直接由P22公式1-54算出，不用P18公式1-36算出反射系数，再由P23公式1-38算出负载阻抗]（1）、100Ω （2）、52Ω （3）、48Ω （4）、25Ω2、传输线上的驻波比等于2，在驻波波腹点上的电压等于10V，则驻波波节点上的电压等于：（）（4）[驻波比ρ为电压或电流最大值比最小值，最大值：（U+）+（U-）；最小值：（U+）-（U-）]（1）、20V （2）、12V （3）、8V （4）、5V3、常用微波传输系统中，可以传输TEM波的是（2）（1）矩形波导[主模：TE10，不能传TEM]（2）同轴线[主模：TEM，也能传TE、TM]（3）圆波导[主模：TE11？不能传TEM]（4）脊形波导[主模：TE10，不能传TEM]4、在传输线上当观察点由负载沿线向信号源方向移动时，对应于阻抗圆图上：1（1）、沿等反射系数圆顺时针方向移动（2）、沿等电阻圆移动（3）、沿等电抗圆移动（4）、沿等反射系数圆反时针方向移动5、传输线上负载端的反射系数等于0.2，则传输线上的驻波比等于（3）[见驻波比与反射系数的公式P17]（1）、5 （2）、0.6667 （3）、1.5 （4）、0.26、一段长度为l的末端开路的传输线，其输入阻抗0，则其长度应该满足[P20：离开路端为1/4波长奇数倍的点处输入阻抗为0；小于1/4波长时，输入阻抗呈容性；1/2波长处输入阻抗无穷大，相当并联谐振；大于1/4波长小于1/2波长，输入阻抗呈感性]（1）等于0 （2）等于半波长（3）等于四分之一波长（4）等于八分之一波长7、右图是一个阻抗圆图，那么（1）O点的归一化阻抗是零（2）A点的归一化阻抗是1（3）B点的驻波比等于1（4）OB线代表驻波波节8、为了使矩形波导中能单模传输TE10波，其工作波长必须（1）[最低模式即为主模]（1）小于TE10波的截止波长而大于TE20波的截止波长（2）等于TE10波的截止波长（3）大于TE10波的截止波长（4）小于TE20波的截止波长9、矩形波导中激励TE10模时，探针应：(1) [同判断题11]（1）、在波导的宽边中间插入探针并使探针垂直于宽边（2）、在波导的窄边插入探针并使探针垂直于窄边（3）、在波导的宽边中间用小环激励，并使小环面垂直窄边（4）、在波导的窄边中间用小环激励，并使小环面平行于宽边10、矩形波导中的主模TE10模，其电场在垂直于波导的宽边方向上的分布规律是：(1) [同上]（1）正弦分布，在宽边中间最大（2）余弦分布，在宽边中间为0（3）均匀分布（4）线性分布，宽边中间为011、当某种模式的波在波导中传输时，波导中的波长与自由空间的波长的关系是（3）[利用波导波长公式P45]（1）< （2）= （3）> （4）=112、为使矩形谐振腔工作在TE101振荡模式，其腔的最小长度应为：[？]4（1）λ （2）λg （3）λ/2（4）λg/213、圆柱形谐振腔的三个常用振荡模是TM010、TE011 、TE111；其中[？]31。
TE111的场分布是轴对称的2。
TE011谐振频率最低的3。
TM010的谐振频率与长度无关4。
TM010的Q值最高14、波导测量线是在波导的宽壁中线上开小槽，并插入一短探针进行耦合，这种耦合是1（1）电耦合（2）磁耦合（3）电磁耦合（4）临界耦合15、如图所示的H-T，为使3口有的输出为最大，1口和2口应：1（1）、等幅同相输入（2）、等幅反相输入（3）、1口接匹配负载，只在2口输入（4）、2口输入，1口接短路板，短路板距离H-T中心线λg/216、天线方向性系数D，增益G和天线效率η之间的关系是(1)（1）G = η D （2）D = η G （3）η = G D （4）GD=1/η17、一个4元等幅馈电的均匀直线天线阵，阵元之间间距为四分之一波长，为使最大辐射方向垂直于天线阵，则相邻单元的相位差α=（1）（1）、0 （2）、π/2 （3）、π/4 （4）、π/818、半波振子天线输入端的电流I0为2（1）零（2）波腹电流（3）（4）19、构成对称振子天线的导体越粗，(3)[P318第二段]（1）输入阻抗越大，工作频宽越宽（2）输入阻抗越大，工作频宽越窄（3）输入阻抗越小，工作频宽越宽（4）输入阻抗越小，工作频宽越窄20、半波振子天线的方向图：（4 ）（1）、在E面和H面都是8字形。
（2）、在H面和E面都是圆形。
（3）、在H面是8字形，在E面是圆形。
（4）、在E面是8字形，在H面是圆形。
三、计算题1.已知无耗传输线的特性阻抗Zc=100Ω，工作波长为λ=300cm，接上阻抗为ZL=100+100jΩ的负载，求：（1）在离开负载10cm处的阻抗；（2）线上的驻波比。
[同课后习题1-15]2.用测量线测量阻抗时，已知用于制作测量线的传输线的特性阻抗为Zc=75Ω，当线的末端接上待测负载ZL时，测得线上的驻波比为ρ=3，当线的末端短路时，电压的最小点向负载的方向移动了0.1λ，请用圆图求出待测负载的阻抗。
3.矩形波导的横截面尺寸为a=23mm，b=10mm，传输频率为9GHz的TE10波，（1）求截止频率fc、波导波长λg、相速Vp和波阻抗ZTE；[各公式见书面]4.有一个空气填充的矩形谐振腔，其尺寸为a=30mm, b=15mm, l=70mm, 求TE101模的谐振频率。
（考点：矩形金属谐振腔）[P92公式4-29及公式4-30]5.对称振子天线的单臂长度l=0.3λ，天线的效率为90%，天线的输入功率为5kW时其输入端电流Io=6.08A射频电路与天线试题一判断题把正确答案和错误用”√”和“ד填在下表内（每题1分，共20分）二选择题把正确答案编号填在下表内（每题1.5分，共30分）2、Zl＝36-j46.53、ZTE=5474、f0=505GHzTM010模式特点¾场轴对称，且只与r有关，与z无关。
¾电场在中心最强，垂直与顶面。
¾磁场在壁上最强，平行与顶面。
¾壁上电流只有z分量。
¾谐振在圆波导TM01模截止频率，当l<2.1a时，为圆柱腔的谐振主模。
¾谐振频率与腔长无关，不可通过改变腔长调谐。
¾常用于电子直线加速器和微波电子管中作为与电子交换能量的部件。
TM011：模式特点¾场轴对称¾电场只有圆周分量¾电流只有圆周分量¾损耗低，Q值高¾可以非接触调谐¾用于高精度波长计TE111模式特点¾l>2.1a时，为最低模式。
¾Q值比较高，但不是最高。
¾用途是中等精度波长计。
¾单模带宽宽。