射频电路第3次课-1.7传输线及特性阻抗剖析

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RG-8/U 或 RG-8/ AU 50Ω 大直径 RG-58/U 或 RG-58/AU 50Ω 小直径 RG-174/U 或 RG-174/AU 50Ω 微直径 RG-11/U 或 RG-11/AU 75Ω 大直径 RG-59/U 或 RG-59/AU 75Ω 大直径 大直径同轴电缆较之小直径同轴电缆的信号损失要 稍微小些。当传输距离很长时可以考虑使用大直径 同轴电缆。一般短距离传输选择小直径(RG-58/U或 RG-59/U)同轴电缆,例如，作为接收天线馈线, 因为 它们更容易敷设。 微直径的RG-174主要作为器件之间的连接(例如接收 器和预选器之间),在平衡变压器、共轴转换器和仪 器上应用,有时也用在接收天线上。



我们将一条较长的传输线分割成若干长度为I 的小线段。这些小线段的等效电路表示如下：
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如下图所示，无数个长度为I 的小线段的等效电 路串联组成整个传输线的等效电路。
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如下图所示，组成传输线的每一小线段的阻抗 相等，均为Z0 。 其中串联阻抗为：Zs=I(R+jwl) 并联阻抗为：Zp=1/I(G+jwC)=1/ Yp 这里，I 是线段长度；R、l、C和G分别是单 位长度上的电阻、电感、电容和电导。




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传输功率容量大、损耗低，适合传输波长在10cm以 上的射频信号。它的缺点是体积大重量大。
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适合传输信号功率不大，对传输线损 耗要求不高的场合
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夹在两个接地平板之间的 信号线叫做带状线。 未夹在两个接地平板之间 的信号线叫做微带线。
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制作在同 一块印刷 电路板上 的带状线 和微带线。

传输线横截面上电磁场的瞬时分布与二维静电场、 静磁场的分布相似，可借助静电场和静磁场分析方 法计算分布参数C和L, 算出特性阻抗 。工程实践中 可以采用本教材第16章介绍的“测量寄生电容与寄生 电感”的方法来测量分布电容和分布电感，以及特 性阻抗。
1、同轴电缆的特性阻抗

同轴电缆的特性阻抗由下式计算。

因此，传输线可由阻抗均为Z0的细小线段等效 如下。

Z0的计算式为：
I R jwl 1 2 R jwl 2 Z0 I R jwl 4 2 2 G jwc

Z0就是传输线在无损耗条件下的特性阻抗，它 与单位传输线上的L、C、R和G有关。

因为小线段的长度I 很小，I 2 就更小，所以I和I 2 项可以忽略。特性阻抗的计算式可以简化为：
R jwL Z0 G jwC

当频率很低时（f≤1kHz），wl 和wc很小可以 忽略，计算式进一步简化为：
R Z0 G

当频率很高时(f≥100kHz)，wl 和wc很大，R 和G可以忽略，计算式进一步简化为：
L Z0 C

从
L 可以看出，传输线的特性阻抗与频率关 Z0 C 系不大，主要取决于传输线分布参数的 大小。而传输线分布参数的大小主要由传输线的几 何结构和绝缘介质的特性决定。由于同一型号传输 线的几何结构和绝缘介质相同，它们的分布电感L、 电容C、电阻R和电导G是相同的，所以特性阻抗相 同。不同型号传输线的几何结构和绝缘介质不同， 它们的分布参数也不同，所以特性阻抗不同。

波导传输射频信号的优点是功率容量大、损耗低，特 别适合波长在10cm以上的波段。它的缺点是体积大 重量大。 同轴电缆适合传输信号功率不大，对传输线损耗要求 不高的场合。 平行线是两条材质和直径相同，在绝缘介质的支撑下 相互平行的导线。它的特点是结构简单、成本低廉， 早期无线电视经常用它作为天线的馈线。 近年来，随着航天科技、移动通信和以RFID为基础 的物联网的发展，对射频元器件的小型化、轻量化、 宽频带、易集成等提出了更高的要求。因此又发展了 PCB微带线和带状线。 几种传输线的横截面结构
1.7.2 射频传输线的特性阻抗 特性阻抗(Characteristic Impedance)和信 号传输延迟(Transmission Delay)是传输 线的两个基本特性。这里，我们首先讨 论特性阻抗。 从电磁场理论来看，在传输射频信号时， 传输线与参考平面之间的介质中将产生 交变的电磁场。例如，PCB微带线或带 状线与地/电源平面之间。行波传输时， 介质中电场强度与磁场强度之比就是传 输线的特性阻抗，即(v/m)/(i/m)=欧姆。 或者说，行波传输时传输线上的电压v与 电流i之比v/i 就是传输线的特性阻抗。
L 138 D Z0 lg C er d ( )
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其中，L=单位长度电缆的电感量,亨/米 ；C=单位长 度电缆的电容量,法/米；d为内导体半径；D为外导体 半径;er为介质的相对介电常数。 从公式看出，同轴电缆的特性阻抗与内外导体半径之 比和介质的相对介电常数有关。
同轴电缆的特性阻抗可以有 35～125Ω 很多种, 其中 绝大多数种类的阻抗为 50Ω 或 75Ω 。 常用于接收天线的同轴电缆有以下几种 :来自百度文库

需要注意的是，特性阻抗是在行波传输时 测得的，仅对射频信号有意义，它反映传 输线对射频信号的传输特性。它不是传输 线的直流电阻。 如果传输射频信号的传输线的特性阻抗不 一致，在某处发生了变化，射频信号就会 在阻抗变化处产生反射。 从分布参数理论来看，传输线是一个分布 参数系统。传输线的分布参数通常用单位 长度上的电感L、电容C、电阻R和电导G 来表示。
1.7 射频传输线 射频信号可以通过无线信道传输，即自由空间 传输，也可以通过有线信道传输，即传输线传 输。无线信道介于无线收发信设备之间，属于 无线通信范畴，有专门的学科来研究其属性。 传输线介于收发信设备之间，以及介于设备内 部的各单元之间和元器件之间。射频传输线设 计是射频有线网络、射频微波工程、光纤通信 等工程的基础。 1.7.1 射频传输线的种类 射频传输线有波导(Waveguide)、同轴电缆 (Coaxial Cable)、平行线(Parallel line)、PCB微 带线(PCB Microstrip line)和带状线(PCB Strip line) 。