射频与微波原理及应用介绍
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电子通信广电工程设计中的射频与微波技术应用在电子通信广电工程设计中,射频与微波技术应用日益重要。
射频(Radio Frequency)技术是指处于30kHz到300GHz频率范围内的电磁波的应用技术,而微波(Microwave)则是指频率范围在300MHz到300GHz之间的电磁波。
这两种技术在无线通信、广播、电视、雷达和卫星通信等领域发挥着关键作用。
在电子通信广电工程设计中,射频与微波技术应用主要包括以下几个方面:1. 无线通信系统设计:在移动通信系统中,如4G、5G等,射频技术被广泛应用。
射频技术可以实现信号的送受,频率选择,信号放大与整形等功能。
通过合理的射频技术应用,可以提高系统的传输速率、信号质量和覆盖范围。
2. 广播与电视频道设计:无线电广播和电视广播是人们获取信息、娱乐和文化的重要途径。
射频技术在广播和电视频道设计中起到了至关重要的作用。
通过合理的射频技术应用,可以提高广播和电视频道的覆盖范围,提高音视频质量,减少信号干扰等。
3. 卫星通信系统设计:卫星通信是国际间远距离通信的主要手段之一。
射频与微波技术在卫星通信系统的设计中起到了关键作用。
通过合理的射频与微波技术应用,可以实现卫星与地面站之间的高速数据传输,实现全球范围内的通信覆盖。
4. 雷达系统设计:雷达是一种利用射频与微波技术进行目标探测与跟踪的系统。
雷达在军事、航空、航海、气象等领域都有广泛应用。
射频与微波技术在雷达系统的发射、接收、信号处理和目标识别等环节中起到了关键作用,决定了雷达系统的性能和精度。
针对上述应用领域,射频与微波技术在电子通信广电工程设计中还有以下几个具体的应用方面:1. 射频集成电路设计:在电子通信广电工程中,射频集成电路(RFIC)的设计是至关重要的。
RFIC可以实现射频信号的调制、放大、滤波和混频等功能。
射频集成电路设计需要考虑功耗、噪声、线性度、带宽等因素,以满足系统的性能要求。
2. 天线设计:天线是射频与微波技术应用的重要组成部分。
射频的原理方法与应用实例1. 引言射频(Radio Frequency)是指频率范围在3kHz至300GHz之间的电磁波。
射频技术广泛应用于通信、无线电和雷达等领域。
本文将介绍射频的原理、方法和应用实例。
2. 射频的原理射频的原理是基于电磁波的传播和调制技术。
以下是射频的原理要点:•电磁波传播:射频使用的是无线电频率的电磁波,具有较长的波长。
这些电磁波可以通过空气、各种介质等媒介来传播。
•电磁波调制:射频信号可以经过调制来实现不同的功能。
常见的调制方式包括调频(FM)、调幅(AM)和调相(PM)。
•天线接收和发送:射频信号通过天线进行接收和发送。
天线是能够将电磁波转换为电信号,或将电信号转换为电磁波的设备。
3. 射频的方法射频的方法是指利用射频技术进行通信、测量和控制的方式。
以下是射频的常见方法:•射频通信:射频通信是利用射频信号进行无线传输的技术。
射频通信可以实现远距离通信、高速数据传输和多用户同时通信等功能。
•射频测量:射频测量是利用射频信号进行测量和分析的技术。
常见的射频测量包括功率测量、频率测量和谱分析等。
•射频控制:射频控制是利用射频信号进行遥控和调节的技术。
射频控制广泛用于无线电、雷达和卫星通信等领域。
4. 射频的应用实例射频技术在各个领域有广泛的应用。
以下是几个射频应用实例:•手机通信:射频技术是手机通信的核心技术。
手机通过射频信号与基站进行通信,实现无线语音通话和数据传输等功能。
•无线电广播:无线电广播是利用射频信号进行广播传输的技术。
通过调幅和调频等方式,将音频信号转换为射频信号进行广播。
•雷达系统:雷达系统利用射频信号进行目标探测和测量。
雷达系统可以在航空、航海、军事和气象等领域中起到关键作用。
•无线传感器网络:无线传感器网络利用射频信号进行数据传输和协调控制。
无线传感器网络可以应用于环境监测、智能家居和物联网等领域。
5. 总结射频是一种重要的通信和测量技术。
本文介绍了射频的原理、方法和应用实例。
微波与射频技术在无线通讯中的应用当我们使用手机打电话或者发送短信时,无线通讯技术就是在起作用了。
这种技术可以让我们随时随地进行通讯,而且越来越多的人正在使用它。
那么在无线通讯技术中,微波和射频技术的应用又是如何的呢?微波技术微波技术是一种高频率的电磁波,其频率范围一般在0.3GHz到300GHz之间。
微波技术在无线通讯中非常重要,因为它可以帮助手机之间进行数据传输。
比如,当我们要发短信或进行数据传输时,我们的手机屏幕上会显示出“G”或“3G”等字样,这些字样实际上就代表了我们手机所使用的通讯技术以及频率。
其中,“G”代表的是2G技术,这是一种使用微波技术的通讯方式。
而3G通讯技术则引入了更高频的频段,以便更快速和更高质量的数据传输。
除此之外,微波技术还可以用于卫星通讯。
卫星通讯是一种由地球轨道卫星通过无线电信号进行的通讯方式,这种通讯方式可以实现全球范围内的电话和数据传输。
在卫星通讯中,微波技术被广泛使用,因为它可以在直线距离之间进行数据传输,从而实现不同地区之间的通讯。
比如,当我们使用手机进行国际漫游时,我们的通讯信号通常会通过微波技术传输到一个卫星上,然后再回到地球上的目标手机进行接收。
射频技术射频技术是指频率在3kHz到300GHz之间的 electromagnetic waves。
射频技术也是在无线通讯中经常使用的一种技术,因为它可以实现实时的语音通讯。
微波技术和射频技术相似,但是射频技术操作的幅度和波长不同,它们通常用于不同的领域。
在电话通讯中,射频技术被用于手机和基站之间的通讯。
对于手机来说,射频技术使你能够在移动中维持通讯。
每个手机都有内置天线,这些天线可以根据通讯需求自动调整其频率和功率,以匹配当前的信号质量和距离。
另外,当我们所处的区域没有信号时,射频技术还提供了语音和消息的储存功能。
总之,微波和射频技术的应用可以让我们在无线通讯中更加便捷地进行数据传输和语音通讯。
在日常生活中,我们的手机以及其他设备都依赖着这些技术来实现我们的通讯需求,未来也会继续发展和创新这些技术,给我们带来更多的便利。
微波的原理及其应用
微波是指频率范围在300MHz(兆赫兹)到300GHz(千兆赫兹)之间的电磁波。
微波的原理是通过产生高频的电磁场来激发物质内部的分子振荡,从而使物质产生加热效应。
微波原理的基础是电磁波与介质之间的相互作用。
微波的应用非常广泛,以下是一些常见的应用:
1. 加热和烹饪:微波炉是最常见的微波应用之一。
微波通过与食物分子的振动相互作用,将电磁能转化为热能,从而迅速加热食物。
2. 通信:微波通信广泛应用于无线电广播、卫星通信和移动通信。
微波信号具有较高的传输容量和可靠性,可以传输大量的信息。
3. 雷达:雷达系统利用微波的反射原理来探测目标的距离、位置和速度。
雷达广泛用于航空导航、气象预报和军事侦察等领域。
4. 医疗诊断:微波医疗设备(如微波射频治疗仪)可以用于治疗肿瘤和各种皮肤病,通过微波能量的吸收和转化来达到治疗目的。
5. 非破坏性测试:微波可以用于检测材料中的缺陷、腐蚀和结构问题,例如在工程材料、建筑物和汽车制造等领域中的质量检测。
6. 火力控制:微波武器利用高功率的微波辐射来扰乱或破坏敌方电子设备,例如干扰雷达、导弹制导系统和无线通信。
总之,微波的原理主要是通过与物质相互作用来产生加热效应,其应用范围非常广泛,涵盖了食品加热、通信、雷达、医疗、测试和军事等领域。
射频与微波技术期末总结一、引言射频与微波技术是电子工程的一个重要分支,它涉及到无线通信、雷达、卫星通信等许多领域。
在过去的几十年里,射频与微波技术经历了巨大的发展和创新,为我们的现代化生活和通信提供了巨大的便利。
本次期末总结将对射频与微波技术的相关知识做一个系统的回顾和总结。
二、射频与微波技术的概述1. 射频与微波技术的起源和发展射频与微波技术起源于20世纪初期,最初应用于无线电通信领域。
后来随着雷达和卫星通信技术的发展,射频与微波技术逐渐成为独立的学科领域,并广泛应用于各个领域。
2. 射频与微波技术的基本概念射频与微波技术是指在射频和微波频段工作的电子设备和系统的设计、分析和应用。
射频频段通常定义为3-3000 MHz,微波频段通常定义为1-300 GHz。
射频和微波波段有很多特殊的性质,例如衰减、穿透能力以及大气吸收等。
三、射频与微波技术的电路设计1. LNA设计低噪声放大器(LNA)是射频电路中非常重要的组成部分。
它的作用是放大输入信号并尽量减小噪声。
在LNA设计中,需要考虑噪声系数、增益和稳定性等因素。
2. 射频开关设计射频开关的设计是为了实现信号的路由和选择。
它对射频系统的性能和功能有着重要的影响。
在射频开关的设计中,需要考虑传输损耗、隔离度和插入损耗等。
3. 射频功率放大器设计射频功率放大器(PA)是将低功率信号放大到高功率的关键部分。
它在无线通信系统中起到提高信号传输距离和质量的作用。
在射频功率放大器的设计中,需要考虑效率、线性度和带宽等因素。
四、射频与微波技术的无线通信应用1. 无线电通信射频与微波技术在无线电通信中有着广泛的应用。
它可以用于手机、无线局域网和卫星通信等。
2. 雷达技术雷达是利用射频与微波技术实现目标探测、跟踪和测距的一种技术。
它在军事和民用领域都有广泛的应用。
3. 卫星通信卫星通信是通过射频与微波技术实现地球上不同地区之间的通信。
它在电视广播、互联网和军事通信等方面有着重要的应用。
痛风的微波治疗:原理、方法及其应用痛风是一种代谢性疾病,主要由尿酸盐的过量沉积在关节、软组织和肾脏中引起的。
传统治疗方法主要包括药物治疗和生活方式改善,但是长期使用药物可能会带来一些副作用。
近年来,微波治疗作为一种新的治疗手段,逐渐受到关注。
本文将介绍痛风微波治疗的原理、方法及其应用。
一、微波治疗的原理微波治疗是利用微波辐射通过对痛风部位的加热,达到抑制尿酸结晶生成和减轻疼痛的效果。
微波辐射能够快速渗透到人体组织中,通过作用于细胞内的水分子来产生加热效应。
痛风病变部位的温度上升后,可以促进尿酸盐的溶解,减少尿酸结晶的沉积。
同时,微波辐射还能够改善组织的血液循环,促进炎症的吸收,从而减轻疼痛和肿胀的症状。
二、微波治疗的方法微波治疗通常采用局部加热的方式进行,可以通过以下几种方法进行施行:1. 射频微波治疗:通过外部的射频器,将微波能量传输到病变部位,实现针对性的加热。
该方法具有操作简便、效果明显的特点,尤其适用于关节痛风的治疗。
治疗时,患者只需将病损部位暴露在治疗仪器的辐射源下,约10-15分钟,即可完成一次治疗。
2. 介入微波治疗:该方法通过导管或注射针将微波辐射引导到病变部位。
这种治疗方式常用于软组织痛风的治疗,如痛风结节、滑囊炎等。
治疗时,医生会在影像引导下,将导管或注射针精确插入到病变组织中,然后通过导管输送微波能量进行加热治疗。
三、微波治疗的应用微波治疗作为一种新的痛风治疗方法,在以下方面具有广泛的应用前景:1. 急性关节痛风的缓解:微波治疗可以通过加热病变关节,促进尿酸盐的溶解和炎症的吸收,从而缓解急性关节痛风的症状。
该治疗方法具有疗效快、安全性高的特点,可以有效缓解急性发作期的疼痛和不适。
2. 对抗慢性痛风的复发:微波治疗不仅可以缓解急性痛风的症状,还可以改善关节组织的血液循环,减少尿酸结晶的沉积。
长期进行微波治疗可以有效降低慢性痛风的复发率,减少关节的破坏。
3. 辅助药物治疗的效果:微波治疗可以加速药物的吸收和转运,增强药物的疗效。
射频与微波信号发生器工作原理射频(RF)和微波信号发生器是在射频和微波领域中常用的仪器,用于产生高频信号。
它们在通信、雷达、无线电等领域有着广泛的应用。
本文将详细介绍射频与微波信号发生器的工作原理,包括振荡电路、频率控制、放大器、调制解调和输出接口等方面。
1.振荡电路振荡电路是射频与微波信号发生器中产生高频信号的核心部分。
它能够在特定的条件下产生稳定的振荡信号。
以下是几种常见的振荡电路:1.1LC振荡电路LC振荡电路是最简单和常见的振荡电路之一。
它由一个电感(L)和一个电容(C)构成。
当电流通过电感时,会在电容上积累电荷,形成电场能量。
然后,电容中的电荷会通过电感释放,再次充电,如此往复。
这种周期性的充放电过程导致了振荡信号的产生。
1.2晶体振荡电路晶体振荡电路使用压电晶体(如石英晶体)作为振荡器的谐振元件。
压电晶体具有固有的机械振动频率,当施加电场或力时,它会以固定的频率振动。
这种振动可以转换为电信号,并通过适当的反馈网络来维持振荡。
1.3微带振荡电路微带振荡电路是一种使用微带传输线和衬底作为振荡器的谐振元件的振荡电路。
微带传输线是在介质基板上形成的导电金属条。
通过选择合适的谐振结构和尺寸,微带振荡电路可以实现特定频率的振荡。
2.频率控制射频与微波信号发生器可以通过外部输入或内部设置来控制输出信号的频率。
以下是一些常用的频率控制方法:2.1可变电容可变电容器是一种可以改变电容值的元件。
通过调节电容器的电容值,可以改变振荡电路的谐振频率,从而实现不同频率的信号输出。
2.2可变电感可变电感器是一种可以改变电感值的元件。
通过调节电感器的电感值,可以改变振荡电路的谐振频率,从而实现不同频率的信号输出。
2.3可变晶体振荡器可变晶体振荡器是一种使用可变电容器或可变电感器来调节晶体振荡器频率的电路。
通过改变电容或电感值,可以调整晶体振荡器的谐振频率。
3.放大器放大器在射频与微波信号发生器中起到增强振荡电路产生的低功率信号的作用。
微波与射频技术在通信系统中的应用随着科技的快速发展,通信系统已经成为现代社会不可或缺的一部分。
在通信系统中,微波与射频技术扮演着至关重要的角色。
微波技术主要负责传输高频信号,而射频技术则涉及信号的调制、放大和解调等处理。
本文将重点介绍微波与射频技术在通信系统中的应用。
首先,微波与射频技术在移动通信系统中扮演着重要的角色。
移动通信系统的发展离不开对无线信号的传输和处理。
微波技术可以将高频信号传输到无线电塔上,实现与移动设备的无线通信。
而射频技术则负责对无线信号的调制和解调,确保信号的高质量传输。
通过微波与射频技术的应用,移动通信系统可以实现高速、稳定的信号传输,满足人们对实时通信和数据传输的需求。
其次,微波与射频技术在卫星通信系统中也发挥着关键的作用。
卫星通信系统可以实现覆盖范围广、传输速率高的通信服务。
微波技术可以将信号从地面的发射站传输到卫星上,再由卫星将信号传输到指定的接收站。
射频技术则负责将信号调制成适合卫星传输的形式,并在接收端解调以恢复原始信号。
通过微波与射频技术的应用,卫星通信系统可以实现全球范围的通信覆盖,无论是海洋、山区还是偏远地区,人们都能够实现即时的通信。
此外,微波与射频技术在雷达系统中也有广泛的应用。
雷达系统以其高精度的目标探测和跟踪能力,在军事、航空航天等领域发挥着重要作用。
微波技术可以通过高频信号的发射和接收来探测目标,提供准确的距离、速度和方位等信息。
射频技术则负责信号的处理和分析,以实现目标的识别和追踪。
通过微波与射频技术的应用,雷达系统可以在各种复杂环境下实现目标的高精度探测,满足现代军事和航空航天的需求。
另外,微波与射频技术在医疗诊断和治疗中也有广泛的应用。
其中,微波成像技术可以实现对人体内部组织结构的无创检测和成像。
通过将微波信号发送到人体内部,再利用接收到的反射信号进行处理和分析,可以获取人体内部组织的图像信息,帮助医生进行疾病的诊断。
射频技术在医疗治疗中的应用则主要涉及射频热疗和射频消融技术。
微波技术的应用原理与应用领域简介微波技术是指利用微波的特殊性质和特定的工作频率来实现各种应用的一种技术。
微波是指频率范围介于0.3GHz到300GHz之间的电磁波,其波长范围在1厘米到1毫米之间。
微波技术在通信、雷达、无线电频谱、医疗设备等领域都有广泛的应用。
应用原理微波技术的应用原理主要包括以下几个方面:1.电磁波传输特性:微波在传输过程中具有直线传播、穿透力强等特性。
微波可以通过大气、云层、建筑物等障碍物传播,因此在通信中得到广泛应用。
2.共振吸收特性:许多物质在特定的频率下对微波具有较强的吸收能力,这种现象被称为共振吸收。
通过利用物质对微波的共振吸收特性,可以实现微波加热、物质检测等应用。
3.多径传播特性:微波在传输中常常会经历多个路径的传播,这种现象被称为多径传播。
通过对多径传播的研究和利用,可以提高通信中的传输质量和可靠性。
4.功率与频率关系:微波功率的传输和控制与频率有密切的关系。
不同频率的微波在功率传输上有不同的特性,因此在应用中需要根据具体需求选择合适的频率。
应用领域微波技术具有广泛的应用领域,以下列举几个常见的应用领域:通信微波技术在通信领域有着重要的应用。
通过利用微波的直线传播特性,可以实现远距离的通信。
微波通信设备通过天线传输微波信号,实现无线通信。
微波通信设备通常用于长距离通信、卫星通信等场合。
雷达雷达是利用微波技术进行探测和测量的装置。
微波雷达通过发射微波信号并接收其回波来实现目标检测和距离测量。
微波雷达具有高精度、强干扰抗性等优点,被广泛应用于军事、气象、航空等领域。
无线电频谱微波技术在无线电频谱管理中发挥着重要的作用。
通过合理利用微波频段的特性,可以实现无线电频谱的高效利用和管理。
微波技术对无线电频谱的分配和规划起到了重要的指导作用。
医疗设备微波技术在医疗设备中有着广泛的应用。
例如,微波加热被广泛应用于肿瘤治疗,通过利用细胞对微波的共振吸收特性,可以实现对肿瘤组织的精确治疗。
射频与微波技术原理及应用培训教材华东师范大学微波研究所一、Maxwell(麦克斯韦)方程Maxwell 方程是经典电磁理论的基本方程,是解决所有电磁问题的基础,它用数学形式概括了宏观电磁场的基本性质。
其微分形式为 0B E t D H J t D B ρ∂∇⨯=-∂∂∇⨯=+∂∇=∇= (1.1) 对于各向同性介质,有D E B H J Eεμσ=== (1.2) 其中D 为电位移矢量、B 为磁感应强度、J 为电流密度矢量。
电磁场的问题就是通过边界条件求解Maxwell 方程,得到空间任何位置的电场、磁场分布。
对于规则边界条件,Maxwell 方程有严格的解析解。
但对于任意形状的边界条件,Maxwell 方程只有近似解,此时应采用数值分析方法求解,如矩量法、有限元法、时域有限差分法等等。
目前对应这些数值方法,有很多商业的电磁场仿真软件,如Ansoft 公司的Ensemble 和HFSS 、Agilent 公司的Momentum 和ADS 、CST 公司的Microwave Studio 以及Remcom 公司的XFDTD 等。
由矢量亥姆霍兹方程联立Maxwell 方程就得到矢量波动方程。
当0,0J ρ== 时,有222200E k E H k H ∇+=∇+= (1.3) 其中k 为传播波数,22k ωμε=。
二、传输线理论传输线理论又称一维分布参数电路理论,是射频、微波电路设计和计算的理论基础。
传输线理论在电路理论与场的理论之间起着桥梁作用,在微波网络分析中也相当重要。
1、微波等效电路法低频时是利用路的概念和方法,各点有确切的电压、电流概念,以及明确的电阻、电感、电容等,这是集总参数电路。
在集总参数电路中,基本电路参数为L、C、R。
由于频率低,波长长,电路尺寸与波长相比很小,电磁场随时间变化而不随长度变化,而且电感、电阻、线间电容和电导的作用都可忽略,因此整个电路的电能仅集中于电容中,磁能集中于电感线圈中,损耗集中于电阻中。
射频和微波频段是利用场的概念和方法,主要考虑场的空间分布,测量参数由电压U、电流I转化为频率f、功率P、驻波系数等,这是分布参数电路。
在分布参数电路中,电磁场不仅随时间变化也随空间变化,相位有明显的滞后效应,线上每点电位都不同,处处有储能和损耗。
由于匀直无限长的传输系统在现实中是不存在的,因此工程上常用微波等效电路法。
微波等效电路法的特点是:一定条件下“化场为路”。
具体内容包括:(1)、将均匀导波系统等效为具有分布参数的均匀传输线;(2)、将不均匀性等效为集总参数微波网络;(3)、确定均匀导波系统与不均匀区的参考面。
2、传输线方程及其解传输线方程是传输线理论的基本方程,是描述传输线上的电压、电流的变化规律及其相互关系的微分方程。
电路理论和传输线之间的关键不同处在于电尺寸。
集总参数电路和分布参数电路的分界线可认为是l/λ≥0.05。
以传输TEM模的均匀传输线作为模型,如图1所示。
在线上任取线元dz来分析(dz<<λ),其等效电路如图2所示。
终端负载处为坐标起点,向波源方向为正方向。
图1. 均匀传输线模型图2、线元及其等效电路根据等效电路,有11()()()()dU z Z I z dz dI z YU z dz =={ (2.1)其中Z 1=R 1+j ωL 1, Y 1=G 1+j ωC 1其通解为z 1z 2U B I B z z e e e e γγγγ--++12(z)=A (z)=A { (2.2)结论:1.电压、电流具有波的形式;2.电压、电流由从信号源向负载传播的入射波和从负载向信号源传播的反射波叠加而成,即(),()U z U U I z I I +-+-=+=+。
3、传输线的特性参数主要包括特性阻抗Z c 、传播常数γ、相速度V p 、波导波长λg 。
(1)特性阻抗Z c (Characteristic impedance )定义:特性阻抗Z c 是传输线上任意处的入射波电压与入射波电流之比,即C U Z I++= (2.3)C Z == (2.4) 若传输线无损耗,R 1=G 1=0, 则C Z =(2.5) 举例,① 平行双线2120l n ==C D Z d(2.6) 典型数值:250Ω、400Ω、600Ω ② 同轴线C b Z a == (2.7) 典型数值:50Ω、75Ω、100Ω(2)传播常数γ(Propagation constant)j g a b =+ (2.8)其中α为衰减常数,β为相位常数。
(3)相速度V p定义:等相位面向前移动的速度。
它可以大于光速(如金属波导中),可以小于光速(如介质波导中),也可以等于光速(如同轴线中)。
它与信号传播速度是两个概念,但在同轴线中相速度V p 和信号传播速度大小相等。
(4)波导波长λg (Waveguide wavelength)传输线中相邻同相位面之间的距离,称为波导波长,即g p V T l = (2.9) 在同轴线中,波导波长λg 等于自由空间的工作波长。
4、传输线的工作参数主要包括输入阻抗、反射系数(回波损耗、插入损耗等)、驻波系数(VSWR)、驻波相位等;(1)输入阻抗Z in (Input impedance )定义:从某处向终端负载看进去的阻抗,又称分布参数阻抗。
特点:不能直接测量()()()()1()()()1()L c in c c L in c c Z Z th z U z Z z Z I z Z Z th zU z U U U U z Z z Z Z I z I I U U z δδ+-+-+-+-+==++++Γ====+--Γ或 (2.10) 对于无耗线R 1=G 1=0,有()L c in c c L Z jZ tg z Z z Z Z jZ tg zββ+=+ (2.11) 结论①.输入阻抗Z in 随z 而变,且与负载有关,阻抗不能直接测量。
②.传输线段具有阻抗变换作用。
③.无耗线的阻抗呈周期性变化,具有λ/4变换性和λ/2重复性。
若z=n λ/2,则Z in =Z L ;若z=λ/4+ n λ/2,则2/in c L Z Z Z =。
阻抗的λ/4变换性可用于两段不同特性阻抗传输线之间的阻抗匹配中,即λ/4阻抗变换器。
单节λ/4阻抗变换器是窄带匹配器,两节或多节λ/4阻抗变换器是宽带匹配器。
(2) 反射系数Г (Reflection coefficient)定义:传输线上某点处的反射波电压(或电流)与该点的入射波电压(或电流)之比。
2()()()()L zL j L C L L L Cin Cin CU I z e U IZ Z e Z Z Z z Z z Z z Z γϕ---++Γ==-=Γ-Γ==Γ+-Γ=+ (2.12) ()1z Γ≤ (2.13) 某一点的输入阻抗和反射系数是一一对应的。
在传输线理论中,讨论任意一个参量都是对某一个参考面而言的。
在无耗均匀传输线中,反射系数的模处处相等,也就是说,反射系数的模在均匀传输线上是不变的。
回波损耗(return loss):回波损耗又称反射损耗,用L r 表示,即 10lg ()20lg ()r P L dB P dB +-= =-Γ (2.14)引入回波损耗概念以后,反射系数的大小就可用dB 形式来表示。
应当注意的是,由式(1.14)可见,回波损耗Lr (dB )为正值。
但在实际测量中,得到的结果常常用负值表示,这点要注意,例如回波损耗为-20dB 。
匹配负载(Г=0)的回波损耗为∞dB ,表示无反射波功率,负载吸收100%的入射功率;全反射负载(1G =)的回波损耗为0dB ,表示全部入射功率被反射掉,负载吸收的入射功率为零。
(3)传输系数T定义:通过传输线上某处的传输电压或电流与该处的入射电压或电流之比,即 tV T V+= (2.15) 传输系数T 与反射系数Г的关系: T=1+Г插入损耗(insertion loss)L I 常通过射频电路中两点之间的传输系数来表征,即20l g I L T =- (dB ) (2.16)(4)驻波系数ρ又称电压驻波比VSWR (voltage standing wave ratio )。
定义:传输线上电压最大值与电压最小值之比,即maxmin 1()11()U U U z VSWR U z U U +-+-++Γ===≥-Γ- (2.17) 当0G =时,VSWR =1;当1G =时,VSWR=∞,驻波系数与反射系数一样,可用来描述传输线的工作状态。
当传输线的特性阻抗Z c 一定时,传输线终端的负载阻抗与驻波系数一一对应,即 min min1tg tg L c jVSWR l Z Z VSWR j l b b -=- (2.18) 其中l min 为距离负载出现第一个电压最小值的位置。
5、无耗传输线的三类工作状态传输线终端接不同负载阻抗时,有三种不同的工作状态,即行波状态、驻波状态和行驻波状态。
这些不同工作状态的特性对射频、微波电路的分析和设计极为有用。
(1)行波状态当终端负载等于传输线的特性阻抗时,即Z L =Z C , 传输线为行波状态,如图3所示。
图3.无耗传输线的行波特性此时ГL =0,VSWR=1。
特点:① 电压、电流的振幅沿线不变;② 沿线各点的Zin(z)均等于传输线的特性阻抗Z C ;③ 只有入射波,没有反射波,入射功率全被负载吸收;④ 沿线电压和电流的相位随z 增加连续滞后,电压和电流的相位相等。
行波状态是射频、微波系统的理想工作状态,实际上很难实现。
(2)驻波状态当终端短路、开路或纯电抗负载时,传输线上为驻波状态。
① 终端短路0L Z =,此时10,1,1LL L L Z ρ+Γ=Γ=-==∞-Γ,如图4所示。
终端为电压最小值,电流最大值,且最小值为零,驻波分布的周期为λ/2。
其输入阻抗:()tan in c Z z jZ z β= (2.19)图4 终端短路时的驻波状态② 终端开路L Z =∞,此时1,L ρΓ= =∞,如图5所示。
终端为电压最大值,电流最小值,且最小值为零,驻波分布的周期为λ/2。
其输入阻抗:()in c Z z jZ ctg z β=- (2.20)图5 终端开路时的驻波状态注: 理想的终端开路是在终端短路上接一λ/4传输线转换来实现。
(3)行驻波状态终端负载是一般负载时(R L ≠0),传输线上既有行波又有驻波的状态。
分四种情况,即L L c Z R Z =>、L L c Z R Z =<、L L L Z R jX =+和L L L Z R jX =-。
22222222()()L j L C L c L L c L L L C L c L L c L L Z Z R Z X j X Z e Z Z R Z X R Z X ϕ±--+Γ==±=Γ+++++Γ<1(2.21)当终端接一般负载时,传输线上电压、电流的最大点的振幅等于入射波振幅的(1L +G )倍,最小点的振幅不为零,而是(1L -G )倍。