电子系统RF与天线电子教案第三章 射频电路预备基础知识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。
射频通信电路基础概要PPT学习教案
串联网络第的9页Z/共矩5阵7页及其应用
当两个二端口网络并联时，则用 Y 矩阵表示网络特性较合适。把两个
独立网络的 Y 矩阵的元素相加就得到总的 Y 矩阵的元素
I1
I
2
I1a
I
a 2
I1b
I
b 2
YY12aa11
Y1b1 Y2b1
Y1a2 Y2a2
Y1b2 Y2b2
V1 V2
式谐振器、微波振荡器、激光器、微波检波 器、光探测器。 二端口器件：光纤连接器、衰减器、移相器、匹配器、隔离器 、光纤光栅、通过式谐振器、滤波器、不同 波导间的过渡器。 三端口器件：环形器，矩形波导的E分支、H分支、Y分支、12 光纤耦合器、解复用器。 四端口器件：定向耦合器、矩形波导的双T、魔T。 更多端口器件：光纤星形耦合器。
散射矩阵的转置不变
S T S
大部分无源电路是互易的，而引入铁氧体元件的电路是个例 外。
2.无耗电路散射矩阵是幺正的，即矩阵的转置等于矩阵共轭 的逆 无耗电路散射矩阵的任意列或任意行，其平方和为1 散射矩阵的任意两列和任意两行，其乘积之合为零
第16页/共57页
3.2 散射矩阵
例子： 长度为l、特征阻抗为Z0 的无耗传输线，如图 所示。两端 口的特征阻抗都Z为0 ，当一个端口接匹配负载时另一端口
V2Ib2b
即 CA
B Aa D Ca
Ba Ab
D
a
C
b
Bb
Db
网络级连的ABCD矩 阵及其应用
第11页/共57页
3.2 散射矩阵
在微波频率段由于频率过高，不能获得端口处的准确电压和电 流，因而难以直接Z参数和Y参数。同时对于某些有源电路，测 量引入的负载阻抗容易导致电路不稳定而容易烧毁。这种情况 下入射波和反射波是易于测量的，因而用入射波和反射波表示 网络端口状态就成为很自然的选择。
《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
RF(射频)电路理论与设计精品PPT课件
12阻和幅、抗相的传，位变播用变化常化；Z数in的相表 参移示是数常。描。数输述衰入传减阻表输常抗示线数是单上是位入周长表射期度示波性行单和函波位反数相长射，位度波周的行的期变波衰为化减振。 2
13、无耗传输线上通过任意点的传输功率等于该点的入 射波功率与反射波功率之差。
14、TEM传输线（即传输TEM波的传输线）无色散。色 散是指电磁波的传播速度与频率有关。TEM传输线上 电磁波的传播速度与频率无关。
2
2
其中
是由终端算起的坐标 I (z' ) V2 I2Z0 e jz' V2 I2Z0 e jz'
2Z0
2Z0
z' l z, z'
在已知传输线始端电压 和始端电流 的前提下：
V (z) V1 I1Z0 e jz V1 I1Z0 e jz
2
2
5、反射系数
I (z) V1 I1Z0 e jz V1 I1Z0 e jz
ZC
ABCD
YA
1 YB
YC
YB
YAYB YC
1
1
YC YA
YC
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
析。
4、互易网T络仅适用于含有线性双向阻抗的无源网络，满
足该条件的无源网络可含有电阻、电容、电感或变压器 等线性无源器件。由铁氧体各项异性媒质构成的元件及 有源电路不是互易网络。对称网络是互易网络的一个特 例。对称网络中电子元件的大小及尺寸位置对称分布。 对称网络首先是互易网络。
13、无耗传输线上通过任意点的传输功率等于该点的入 射波功率与反射波功率之差。
14、TEM传输线（即传输TEM波的传输线）无色散。色 散是指电磁波的传播速度与频率有关。TEM传输线上 电磁波的传播速度与频率无关。
2
2
其中
是由终端算起的坐标 I (z' ) V2 I2Z0 e jz' V2 I2Z0 e jz'
2Z0
2Z0
z' l z, z'
在已知传输线始端电压 和始端电流 的前提下：
V (z) V1 I1Z0 e jz V1 I1Z0 e jz
2
2
5、反射系数
I (z) V1 I1Z0 e jz V1 I1Z0 e jz
ZC
ABCD
YA
1 YB
YC
YB
YAYB YC
1
1
YC YA
YC
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
析。
4、互易网T络仅适用于含有线性双向阻抗的无源网络，满
足该条件的无源网络可含有电阻、电容、电感或变压器 等线性无源器件。由铁氧体各项异性媒质构成的元件及 有源电路不是互易网络。对称网络是互易网络的一个特 例。对称网络中电子元件的大小及尺寸位置对称分布。 对称网络首先是互易网络。
《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。
射频电路预备基础知识共54页文档
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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射频电路预备基础知识
31、园日涉以成趣，门虽设而常关。 32、鼓腹无所思。朝起暮归眠。 33、倾壶绝余沥，窥灶不见烟。
34、春秋满四泽，夏云多奇峰，秋月 扬明辉 ，冬岭 秀孤松 。 35、丈夫志四海，我愿不知老。
▪
射频基础知识资料课件
WiFi技术实现
WiFi技术利用了射频技术中的无线局域网技术，通过无线方式连接设备到互联网。
工作流程
WiFi路由器通过无线方式与设备建立连接，设备通过浏览器或特定的应用程序向路由器发送请求。路由器将请求 发送到互联网上的目标服务器，服务器响应并将数据返回到路由器，再由路由器将数据发送到设备。
案例三：GPS定位原理及关键技术特点
射频信号可用于治疗某些疾病，如肿瘤、 心血管疾病等，也可用于医学影像和生理 信号采集。
02
射频基础知识
射频电路基础
01
02
03
射频电路组成
射频电路主要由天线、射 频前端、射频芯片和电源 管理模块等组成。
射频电路设计原则
射频电路设计需要遵循稳 定性、高效性、一致性和 可靠性等原则。
射频电路优化方法
射频技术的数字化和智能化
随着数字化和智能化技术的不断发展，射频技术也需要适 应数字化和智能化的趋势，实现更高效、更灵活、更智能 的无线通信。
射频技术发展面临的挑战
01 02
传输损耗和干扰问题
随着无线通信技术的发展，射频信号需要传输更远的距离，同时需要处 理更多的干扰问题，如何提高传输效率和抗干扰能力是射频技术面临的 重要挑战。
射频基础知识资料课件
目录
• 射频基础概念 • 射频基础知识 • 射频技术原理 • 射频技术应用 • 射频技术发展趋势与挑战 • 射频技术应用案例
01
射频基础概念
射频定义
01
射频（Radio Frequency，RF） 定义为一种电磁波，其频率在一 定范围内，常用的单位是赫兹（ Hz）。
02
射频信号是指通过调制或其他方 式加载了信息的电磁波，常用于 无线通信和传输数据。
WiFi技术利用了射频技术中的无线局域网技术，通过无线方式连接设备到互联网。
工作流程
WiFi路由器通过无线方式与设备建立连接，设备通过浏览器或特定的应用程序向路由器发送请求。路由器将请求 发送到互联网上的目标服务器，服务器响应并将数据返回到路由器，再由路由器将数据发送到设备。
案例三：GPS定位原理及关键技术特点
射频信号可用于治疗某些疾病，如肿瘤、 心血管疾病等，也可用于医学影像和生理 信号采集。
02
射频基础知识
射频电路基础
01
02
03
射频电路组成
射频电路主要由天线、射 频前端、射频芯片和电源 管理模块等组成。
射频电路设计原则
射频电路设计需要遵循稳 定性、高效性、一致性和 可靠性等原则。
射频电路优化方法
射频技术的数字化和智能化
随着数字化和智能化技术的不断发展，射频技术也需要适 应数字化和智能化的趋势，实现更高效、更灵活、更智能 的无线通信。
射频技术发展面临的挑战
01 02
传输损耗和干扰问题
随着无线通信技术的发展，射频信号需要传输更远的距离，同时需要处 理更多的干扰问题，如何提高传输效率和抗干扰能力是射频技术面临的 重要挑战。
射频基础知识资料课件
目录
• 射频基础概念 • 射频基础知识 • 射频技术原理 • 射频技术应用 • 射频技术发展趋势与挑战 • 射频技术应用案例
01
射频基础概念
射频定义
01
射频（Radio Frequency，RF） 定义为一种电磁波，其频率在一 定范围内，常用的单位是赫兹（ Hz）。
02
射频信号是指通过调制或其他方 式加载了信息的电磁波，常用于 无线通信和传输数据。
射频电路与天线课件
Research Institute of RF & Wireless Techniques
射频电路=传输线+不连续性
South China University of Technology
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
Research Institute of RF & Wireless Techniques
Research Institute of RF & Wireless Techniques
传输线建模：把传输线等效为双线，用特征
South China University of Technology
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。
Research Institute of RF & Wireless Techniques
传输线建模－双线
South China University of Technology
单模传输
Zc,
m模传输
Zc1, 1 Zc2, 2
Zcn, n
Research Institute of RF & Wireless Techniques
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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• For high frequency Kirchhoff’s laws do not apply
anymore !!
17
• 行波电压的时空分布特性
• Voltage has a time and space behavior • Space is neglected for low frequency applications
6.倒置微带线 (Inverted Microstrip TL)
第三章 射频电路预备基础知识
在现代电子通信系统射频电路中，其与 低频电路的最大区别就在于器件及传输线 的射频特性。
本章主要介绍射频电路元器件及特性, 传输线特性分析等方面的基础知识
1
整体概概述二
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概述三
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2
3.1 射频电路元器件及特性
电容元件的等效电路模型
Abs (Z) of a MIM/SMT Capacitor as a function of freque1n1cy
Electromagnetic Analysis
• Maxwell’s Equation
HJ D t
E B t
Dv
B0
• 金属导线的趋肤效应
Skin depth l
20
2. 同轴线 (Co-axial cable TL)
Features: • Electric field is completely contained within both conductors • Perfect shielding of magnetic field • TEM modes up to a certain cut-off frequency 21
GaAs/InP PHEMT, ft =150GHz, GaN
封装型有源固态器件
4
• 无源器件
封装型无源器件
5
集成电路芯片中的无源器件
6
二、 无源器件的射频特性
•No ideal lumped elements in RF anymore !
•无源器件有什么样的射频特性/特点？分布特性！ • Conventional Lumped Circuit Analysis – Ideal R is frequency independent
( L/10)
• For RF there can be a large spatial variation
18
工作波长与电路尺寸相当时,必须采用电磁场 分析方法
• 传播的电磁波
ExEx0cos(tkz)
• 电磁波相速
vp1C rr f/2/k
• 电磁波群速
d vg dk
k 电磁波相位常数
• 行波电压
9
电感线圈的频率特性
SMT电阻元件(0201/0402 /0603….)/CrN MMIC 电阻 电阻元件的等效电路模型
Abs (Z) of a thin-film resistor as a function of frequenc1y0
SMT电容元件(0201/ 0402/0603….)/MIM电容
resistance and inductance! density (r=a=1mm, Cu13)
2 GHz 功放的第一级放大器简化电路图
14
2 GHz 功放电路版图(HMIC) 15
20-40GHz PHEMT
MMIC LNA
16
3.2传输线分析
•电压测量实验
L=1.5cm: (1) f=300MHz (1m), (2) f=30 GHz (1cm) • For low frequency Kirchhoff’s laws apply
3. 微带线 (Microstrip TL) 4. 三层线 (Triple-layer transmission line)
Conductor is completely shielded between two ground pla2n2es
5. 共面波导(Co-planar Waveguide TL)
1
f c
12
• Skin depth
Jdc I /a2,Rdc l /a2c
Jac pIJ0(pr)/2aJ1(pa), p2 jc
R/ Rdc a/2l,L/ Rdc a/2l
l 1/ f c
• A section of wire has
Frequency behavior of normalized RF current
v (t,z) E o xsin (t k z)/k
(v(t,z)Eoxdz)
19
• 传输线种类 1. 双并行线( Two-wire Parallel TL)
Features:
• Alternating electric field between conductors • Alternating magnetic field surrounding conductors • Dielectric tends to confine field inside material
– Ideal inductor: – Ideal capacitor:
7
Current and voltage vary spatially over the component size。
E (or V) and H (or I) fields
例1：电感元件特性
分布特性！
8
电感线圈
电感线圈的 等效电路模型
一、 射频电路元器件种类
有源器件: (Vacuum/Solid-State) Diode,Transistor
无源器件: Resistor, Capacitor, Inductor, Transimision Line ，Crystal Resonator
• 有源固态器件
Two-terminal Diodes: Si/GaAs/GaN Gun/IMPATT Three-terminal Transistors: Material: Si/CMOS/GaAs/InGaAs/InP/SiGe//SiC/GaN Structures: BJT/HBT /MESFET/HEMT/PHEMT Catalog: Si BJT, ft=50GHz, SiGe HBT, ft=100GHz 3