射频传输理论

第一章射频传输理论简介

1.1 带宽

本节中主要解释射频传输线理论中的几个典型的参数，这样可以对传输线的传输方式和原理有一个大体的印象。同时，这也是射频技术的最基础的知识。而且，这也有利于以后各个章节的理解。在本节第一段中主要介绍高频和低频的区别以及不同频率波段的划分。

在电阻等效电路中，低频电路中的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（RE）与低频（LF）的界限是不现实的。举个例子在MHZ波段时，RF可以代替LF。

1.2射频线的结构和功能

同轴线是将信号从源头传输到终端使用的最常用的设备，它是在传输过程中用连接器将电缆、信号源、终端连接到一起。在传输中最重要的是RF电缆的选择。

因为它决定了使用的连接器的尺寸和性能，连接器的选择必须根据电气规格。电缆和连接器会对系统中的损耗同时产生作用。

1.2.1射频传输线的种类

1.2.2 典型的射频线

由于采取了内外导体的结构，使得同轴线传输不会受到外界的影响，而且能量在内外导体之间也以波导的形式传播。在此导线内直流和交流的传输频率可达到110GHz。

在截止频率以内，信号都以TEM波的形式传播。传播线的机械尺寸决定了截止频率，一般来说尺寸（轴向）越小的传输线传输频率越高。在能量传输方向上场是不存在的。（电场和磁场是垂直于电缆轴线方向）

还有一些参量是与频率无关的，比如：特性阻抗，传输速率。只有损耗是随着频率的增加而增加的。这是由于趋肤效应而产生的射频泄露。

1.2.3 射频线的电磁场

在同轴线内部，电压和电流是以不同的方式传播的，电压波在内导体表面和外导体内表面之间传播。电流沿同轴线的传输引起了围绕内导体的环形场强，越贴近表面的场强越大。电流引起了磁场，而电压引起了电场。

E=U/Ln（D/d）×1/r （伏特/米）

H=i/(2π)×1/r (安培/米)

其中：

D：外导体内径 d：内导体外径 U：内外倒替间的电压 i：电流 r：(D-d)/2

内导体表面的场强是最大，它随着距离增加而减少。

1.2.4射频传输线中的电阻和电抗

等效电路如下

在高频时，2πfL′>R′，2πfC′>G′，I为相位因素。

1.2.5 当介质为空气时，能量波的传播速度为光速C：

C=（ε0μ0）-0.5

当在固体介质时，传播线的特性阻抗为：

Z0=[（R+jωL）/（G+jωC）]0.5

同轴线的特性阻抗还可以定义为介电常数与直径比的关系式：

Z0=60/εr0.5×Ln（D/d）

特性阻抗=电场强度/磁场强度

Z0=E/H

在波传输过程中，E/H是不变的。传输线本身决定了它的特性阻抗，而且特性阻抗在传输线上处处相同。