射频电路9_基本元件20140930

9.2 波导元件
电容膜片
South China University of Technology
T 电力线 x y z y b a T z

b’
T
x Y0
T jB Y0

b B Y0 ln csc g 2 b
4b
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乎无关。但在射频电路中，元件成为分布参 数元件，参数是频率的函数。
射频元件的基本结构一般都是在传输线中添
加不连续性实现的。
按传输线结构划分，基本元件通常分为波导
元件、同轴元件、带状线元件、微带元件、 共面波导元件和集总元件等 。
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射频电路 RF Circuits
第9讲 基本元件
褚庆昕
华南理工大学电子与信息学院 天线与射频技术研究所 Email:qxchu@
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第9讲内容
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波导阶梯
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波导阶梯是两种不同截面尺寸的波导相连 接时所形成的不连续性。对于矩形波导最 常见的阶梯是E面阶梯和H面阶梯。 E面阶梯沿电场方向（y方向）构成阶梯， 类似于电容膜片，沿纵向可以近似看作电 容膜片的一半，故在连接处可以等效为一 个并联电容。
对于空气填充的矩形波导，设波导中只传输 TE10模。主波导的特性阻抗和谐振窗波导的 特性阻抗分别为
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Z cTE10
b a

1 2a
2
10 Z cTE
b a

1 2 a
H面阶梯
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短路活塞
短路活塞实质上就是长度可调整的短路线段。
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为了实现良好的短路特性，短路活塞应该与 波导壁保持紧密接触。 但紧密接触会造成滑动困难。所以简单的短 路活塞难以在电气性能与机械性能同时得到 理想的特性。
因此，如果电容膜片极薄且无损耗的话， 就可以等效为一个并联电容。
电容膜片的口径附近电场比较集中，容易 发生击穿，所以功率容量低。而且电容膜 片不易得到较大的等效电纳，所以在实际 应用中很少采用。
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电感膜片
力线分析
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当矩形波导中传输的主模TE10 模遇到电容 膜片时，由于它的场分量不满足膜片的边 界条件，所以必然产生出新的场分量，或 者说感应出新的场分布。 电容膜片只在y方向引入不连续性，而x方 向是连续的。而TE10模只有Ey、Hx 和Hz分 量，所以在电容膜片处只有电力线发生弯 曲、压缩，而磁力线形状不变。 于是，在电容膜片处，电场能量相对集中， 可以等效为一个并联电容。
引言 波导元件
同轴元件
微带元件 集总元件 高低阻抗线 基于仿真的参数提取
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9.1 引言
射频电路设计和实现中，除了传输线以外，
总还需要引入一些不连续性。 有些不连续性是寄生的，不是我们所需要的， 例如传输线的弯曲、不同传输线的连接所带 来的不连续性等。 有些不连续性是作为实现某种功能的电路元 件人为引入的，是电路设计所必须的，例如 电抗元件等。 无论怎样，为了精确设计电路，必须给出这 些不连续性的分析模型 — 等效电路或网络参 数。
4 A 2W e 2 l arcctg ctg A 2 e A 2W
A
2h

ln 2
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微带间隙
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H面阶梯沿磁场方向（x方向）构成阶梯， 类似于电感膜片，沿纵向可以近似看作电 感膜片的一半，故在连接处可以等效为一 个并联电感。
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E面阶梯
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/4
Zc2
R
/4 a
Zc1
Zin 0
b
d
c
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9.3 同轴元件
同轴线的主模是TEM模，采用波导不连续性
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的分析方法，可以得到同轴线不连续性的等 效电路。
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a'
2a
)
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分析方法与对电容膜片的分析方法相同。 只是电感膜片只在x方向上不连续，在y方 向上是连续的。 当传输TE10模时，电感膜片处只有磁力线 变形、压缩，因此，磁场能量相对集中。 或者说，在膜片上产生的高次模只有TE模 且沿y方向不变化，因而，高次模为TEm0模， 而TEm0模中磁场储能大于电场储能。 因此，电感膜片处，磁场能量占优势，故 等效为并联电感。
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模式分析
模式展开理论告诉我们，膜片处的场可以 展开为矩形波导所有TE和TM模的组合。
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当入射波TE10模遇到膜片后，一部分入射 波被反射，另一部分穿透膜片进入另一段 波导，同时在膜片上产生了许多高次模。 这些高次模的场同TE10模的场叠加满足膜 片的边界条件。 高次模在满足单模传输条件的矩形波导中 是截止的，所以，离开膜片不远就会很快 衰减掉，于是在膜片附近形成了一个电磁 储能区。
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因此，一般多采用扼流结构的短路活塞。 活塞在机械上与波导壁并不接触，但在电 气性能上却保持了良好的短路特性。 扼流槽尺寸因为与工作波长有关，所以带 宽受到限制。
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低频电路基本元件：电感，电容，电阻以及
理想变压器。
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低频元件都是集总元件，元件参数与频率几
为了获得较大的电容值，可以采用交指形间隙 结构。通常能够提供高达5pF的串联电容。
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微带阶梯
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同轴线阶梯
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同轴线缝隙
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同轴线膜片
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9.4 微带不连续性
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微带开路 因为在微带中心导带突然终断处，导带末端将 出现剩余电荷，引起边缘电场效应，所以，微 带开路端并不是理想开路，而是存在缩短电容 效应。
在矩形波导中央插入螺钉时，该处场受扰 动和发生变化。当插入深度小于/4时，一 方面增强电场，另一方面，宽面纵电流流 入螺钉产生磁场，但前者占优势，所以并 联电纳呈容性 随着螺钉旋入深度的增加，电感量和电容 量都增加，约/4 时，容抗和感抗相等，形 成串联谐振， 当深度进一步增加，感抗大于容抗，形成 电感。
微带间隙处，电场相对集中，所以可以形成 电容。当间隙较大或要求精确较高的情况下， 间隙等效为型电路。
S W h
C g 4h S ln ch e 2h Y0 C p 2h ln cth S e 4h Y0
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