第八章射频微波器件.ppt

第八章射频与微波封装
背景与概述
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高频传输线
高频电路的实现
集总元件
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分布式元件
仿真、布局、测量等
背景与概述
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射频、微波与毫米波
基本差别是工作频率
一段5cm长的金属导线
射频:300kHz-
微波:-30GHz
毫米波:30GHz-300GHz
太赫兹波:-10THz
低频时导线两端的测量电压几乎一致,假设损耗较小
高频时,3GHz,波长10cm,正弦信号,两端电压正好相反
波效应显著
一条传输线为例
低频电路和高频电路的不同:信号波长与电路元件的尺度相当
表现出电磁场特性,不能用电路理论分析
低频电路和高频电路的不同二:高频系统通常是窄带系统
卫星传输的TV信号,单个频道6MHz,传输频率6GHz-10GHz
背景与概述
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高频电路的应用
高频的场效应会导致电路设计复杂,但高频信号应用广泛
优点:大气传输,天线效率、信号带宽、雷达探测
大气传输:无线电窗口,大气只对特定波长的无线电波开放
天线效率:天线与工作波长的尺度想当时,工作效率最高
信号带宽:相对比例,1%,1GHz-10MHz,10GHz-100MHz
雷达探测:探测精度与波长成反比,用波分辨物体
背景与概述
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基本概念
阻抗
低频时,希望低阻抗,减小损耗
高频时,共轭阻抗匹配,保证源到负载的最大传输功率
损耗
给定功率级别时,元件的损耗随着频率增加
低频时,损耗主要来自于导体
高频时,电介质的损耗更大,表面粗糙度影响,辐射损耗
品质因素:损耗随频率的变化情况,导体损耗,介质损耗、辐射损耗
衰减系数:与品质因素有关,传播常数,衰减系数
集肤深度与表面粗糙的损耗:
粗糙表面衰减系数,光滑表面衰减系数
粗糙度mm,集肤深度um
背景与概述
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基本概念
散射参数
也叫S参数,高频时电压、电流是时间/位置的函数,使用不便
入射电压波与反射电压波之比,
二端口网络
S参数第一个下标接收端口
第二个是驱动端口
端口数目不受限制,一般是1-4
S11:反射系数,负无穷~0dB,有源器件可能>0,越小越好,
一般-20~-15dB, 0dB完全失配,负无穷完全匹配
S21:传输系数,负无穷~0dB,一般-60dB,有源器件可能>0,30dB
0dB端口1进入的全部从端口2出来,-3dB一半到达,没有到达
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高频传输线
主要讨论信号线,分为两类:系统级互联,平面传输线
传输线模型
模式:电磁传播的不同方式,
不同模式具有不同传播特性(速度)
给定的传输线,通常希望传输一种模式,
TEM,TE,TM,垂直分量,传播方向z
系统级互联:同轴电缆、矩形波导,大功率信号,损耗更小
平面传输线:芯片级、板级,单位损耗大,但较短,功率小
TEM:最重要的模式,并非所有传输线都支持TEM
两种或以上的独立导体,均匀的电介质材料
TE/TM:任意存在的,mn,整数模式计数器
最低阶的记为主模,高次模,应该抑制
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同轴传输线
包括内部导体和外部导体两种金属材料,用电介质分开,外部加保护套
使用频段很宽,直流~100GHz
传输TEM,不存在截止频率
特征阻抗:一般50Ω
高频传输线
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带线
埋在介质材料中的带状导体,上下各一地板
低介电常数的材料,两个地板保持同一电位
关键结构参数
特征阻抗:
高频传输线
损耗包括:导体损耗和介质损耗,辐射损耗忽略