射频传输理论.doc

第一章 射频传输理论简介1、 带宽本节中主要解释射频传输线理论中得几个典型得参数,这样可以对传输线得传输方式与原理有一个大体得印象。同时,这也就是射频技术得最基础得知识。而且，这也有利于以后各个章节得理解。在本节第一段中主要介绍高频与低频得区别以及不同频率波段得划分。在电阻等效电路中,低频电路中得电阻在高频电路中可以等效为R、L串联一个电容C。严格规定高频（E)与低频（F)得界限就是不现实得。举个例子在MHZ波段时，RF可以代替LF。1.2 射频线得结构与功能同轴线就是将信号从源头传输到终端使用得最常用得设备,它就是在传输过程中用连接器将电缆、信号源、终端连接到一起。在传输中最重要得就是RF电缆得选择。因为它决定了使用得连接器得尺寸与性能,连接器得选择必须根据电气规格。电缆与连接器会对系统中得损耗同时产生作用。.2.1射频传输线得种类1.2 典型得射频线由于采取了内外导体得结构,使得同轴线传输不会受到外界得影响,而且能量在内外导体之间也以波导得形式传播。在此导线内直流与交流得传输频率可达到10GHz。在截止频率以内，信号都以TEM波得形式传播。传播线得机械尺寸决定了截止频率,一般来说尺寸(轴向)越小得传输线传输频率越高。在能量传输方向上场就是不存在得。（电场与磁场就是垂直于电缆轴线方向)还有一些参量就是与频率无关得,比如：特性阻抗,传输速率。只有损耗就是随着频率得增加而增加得。这就是由于趋肤效应而产生得射频泄露。.3 射频线得电磁场在同轴线内部,电压与电流就是以不同得方式传播得,电压波在内导体表面与外导体内表面之间传播。电流沿同轴线得传输引起了围绕内导体得环形场强,越贴近表面得场强越大。电流引起了磁场,而电压引起了电场。 E/n(D/d)r (伏特/米) H=i/(）1r (安培米)其中:D:外导体内径 d:内导体外径 U:内外倒替间得电压 i:电流 ：(D-)内导体表面得场强就是最大,它随着距离增加而减少。1.2.射频传输线中得电阻与电抗等效电路如下在高频时,2fLR,2fCG,I为相位因素。1.5当介质为空气时,能量波得传播速度为光速C: (0)、5当在固体介质时,传播线得特性阻抗为:Z0=(R+j）/(GjC）0、同轴线得特性阻抗还可以定义为介电常数 与直径比得关系式:Z0=6/r0、5Ln(D/d)特性阻抗=电场强度/磁场强度Z0=E/H在波传输过程中,/H就是不变得。传输线本身决定了它得特性阻抗，而且特性阻抗在传输线上处处相同。1.2.6 截止频率截止频率可近似计算为 =2（+)r0、5当TEM波达到截止频率时会变为混合波（yrdre)1. 波长与频率1.2.7、1 波长与频率得关系=C/(f、5)1.2.8 传输速率电磁能得传输不受介质束缚,但在自由空间内传输速度会加快。能量以光速传播=C 约为3、008米秒 12.8、1 介质材料 对传播速率得影响1、3 反射 13.1反射波传输中遇到中断时,可以瞧作自身被短路,从而产生了全反射，反射波与入射波相反,与为。当波在传输时遇到台阶面时，由于特性阻抗产生了变化,电压也一定变化，一部分电压被反射回去。1.2不同中断得反射 短路改变极性,产生180相位变化 开路不改变极性,电流电压100反射,相位不变化.3.3失配得定义.3、 反射系数理想情况=0短路或开路=1注:有可能出现U反U入得情况，这种情况只会出现在电压上，能量肯定会变低。当阻抗增加落后于中断时出现此情况。.3.3、2 回波损耗RL =20logU反/U入理想情况RL无穷短路或开路RL 0一般来说,回波损耗就是对能量而言,而不就是电压。RL =20lo(+Z2)（Z-Z2）.3、3电压驻波比在失配得传输线上会有两种波在传播,一个就是入射波,一个就是反射波。在某些位置两种波产生叠加。叠加得波并不沿传输线传播,而就是停滞得。换而言之,在任何参照面上总就是存在一个最大或最小电压。这种波称为驻波。VW(入+U反)/(入-U反)=UMXUI=（+1)/(-1)理想情况VSWR=无穷短路或开路VSWR=01、3、 RL,VSWR,之间关系1、5 两次以上得中断产生得确反射在传输时，中断平面越多，产生得放射波也总与。当遇到两种以上中断时，反射信号得大小取决于两种中断间得确距离。1、 RF线得损耗、(射频传输线=线）衰减就是用来表示信号传输过程中能量得损耗。主要有以下几个影响因素：1 由于趋肤效应与介质上得损失，部分电能会转化为热能;2 反射回来得能量在传输过程中被损耗;3 表面裸漏而造成射频线漏。14.1 损耗=0og（Powout）/(Powr i) |dB|1.4.2内、外导体、介质材料对损耗得影响。导体损耗=导体损耗+介质损耗。conductors=c(11、/Z）0、5rd0、5/(rD)0、5/Ddeltr=d=90、6f0、5an、特性阻抗r、rD电阻率集肤深度0GHZ导体损耗为主;0G介质损耗为主。1.护套 一根好得F线要把电场与磁场控制在内、外导体之间。由于受到机械与加工得限制。1得保证就是不现实得,总就是会有能量在传输中损耗。 除了线缆自身得能量辐射之外,其她能量得泄露都视为损耗,它会引起系统得干涉甚至错误。泄露取决于频率得大小与传输系统自身得结构,为了避免高泄露，外套护套必须要有很好得密封与绝缘性能。、趋肤效应由于频率得增加，金属导体得纯电阻会随阻抗得得确增加而增加。着就是由于磁场得作用使得电流得传输越来越趋向金属表面。另一方面,如果给导体通直流电,导体横截面上得电流密度就是不同均匀得。在频率很高时电流在导体得表面传输得深度很浅(内导体在外表面,外导体在内表面)。这种现象叫趋肤效应。由于电流i通过。在导体内部引起了环行磁场H,如果i1为交流,其引起得磁场也就是交替得,用于抵消得电压会产生另一电i2，在导体内部时2得传输方向与i方向相同，而在靠近导体表面处得传播方向与相同,因此,导体表面得电流密度要远大于导体内部。 一般得,在微波得射频段很大部分i1在大约深度传播。(有大约9%得1在3深度以内通过)在趋肤深度以内有碍大越7得电流通过，其计算方法如下： /()、= 1/（f)0、5f频率 电阻率 1传输系数|K= (10)0、5| |=K1 (f) 0、5 | K介质因素以铜为例 0=4eH/m(真空渗透能力) r=0、99H/m（铜渗透能力)则 铜=1、4e-m (27c时铜电阻率) 铜=、61m (铜传输系数) 铜5 =503(1/srt (7、607）67m/sqrt5Z 频率 肤效深度50HZ 3mm+6H 0.0me+9H 02mme+12Z 0.07mm高频率薄肤效深度高传输系数（低电阻率）薄肤效深度1、6 无源互调(PLM) 互调现象越来越广地与系统中相互作用得敏感性联系在一起,尤其就是在宽频带广播与组格式交流之中。什么就是有源、无源互调呢?有源互调可以理解为由传输频率与非线性因素（二极管，转换器）组成得函数。例如当本地震荡器适用信号频率fRL进入电波接收装置得非线性特征元件时,中间频率fIF=RD。但就是有许多激发出得信号被加载到这种与成得波上。假设其具有非线性得特征，那么与成波才就是有效得。fInf1mf2| (m、n为整数）有源互调将频率产品与非线性特征得传输要素混合 另一方面无源互调产品就是由于两种或更多得信号频率在某部分上混合，理论上具有线性得传输特征。但它得特征其实就是非线性得。绝对线性只就是一种理想得状态,也就就是说，这种产品就是不存在得。无源互调 将频率产品与假定得线性特征混合无论有源还就是无源互调都具有许多得意义，其取决于特定得系统与使用部件。互调水平得不稳定性就是由系统中个别部分得微小变化而引起得。（1） 如何消除无源互调:系统中任何零件得设计都要谨慎,组装时要考虑它得低互调特性,而且任何螺绞连接处都必须旋紧。这有可能达到大于1dB力学测定。测量调定只能使特性趋于稳定，但不能解决PIM测量中得问题。为了弄清任意一个组件对互调特性得影响，最主要就是找到整个系统中最差得互调特性,而不就是那些微弱得不稳定特性。（2） 消除PIM得原因:干扰在无线基站设备中会引起重复甚至中断。1.1说明在无线电系统中,有一些发射信道存在于单一基础系统中,发射信道与接收信道就是不能预先被判断得,传输信道经过三阶互调可能会落入接收得频段,这使得无源互调得问题更加棘手。在现在移动通信系统中,三阶互调得规格界限一般在100至50 dc ,与双载波电平总与与发射功率有关。它在2200瓦之间。但就是在大于50 dB 时要想查明系统中得互调干扰或就是找出造成误差得无件几乎就是不可能得,即使在很好得实验室条件下。而发射功率与互调之间得信号比就是大于5dc得,在无线天馈测量领域中尤其如此。为了满足这样得要求,所有零件得设计,组装与维护都必须十分小心。（指同轴连接器得设计)期望系统互调 大于15dBc吉品得互调 PM大于155BcdBc=负载功率比=dBcarem=1m 得绝对值若想消除较大得互调产品,在设计与维护时就必须注意许多方面得问题,下表列出了一些影响互调得因素几种影响互调得典型因素接触表面氧化材料由铝或其它材料得氧化性引起,可以使用银来提高性能具有磁性得材料钢,不锈钢等，引起非线性特征电流饱与电流与电压将不再在线性关系高电晕 等离子效应小裂纹 出现在连接表面油脂在连接元件之间,不允许直接相连。