南信大-射频电路1_绪论

频率范围
54MHz—890MHz
900MHz—1800MHz 1227MHz（军用） 1575MHz（民用）
2.45GHz
3.1—10.6GHz C 波段和Ku 波段 L、S、X 波段...
43MHz, 900MHz, 2.4GHz，5.4GHz
1.2 RF/MW的特点
❖ 频率高
➢通信系统中相对带宽f/f通常为一定值，所 以频率f越高，越容易实现更大的带宽f， 从而信息的容量就越大。 例如，对于1%的相对带宽，600MHz频率下宽
❖ 在RF/MW相邻低端以下的频段，波长比物体尺 寸长很多，可以采用集总模型研究。
❖ 在RF/MW相邻高端以上的频段，波长比物体尺 寸小很多，可以采用几何光学研究。
❖ 当波长与物体的尺寸相比拟时，电磁波波动性 呈主流，因此必须采用电磁场理论和分布模型 研究。
1.3 常规电路元件的射频特性
❖ 在常规交流电路中，最常用的电路元件是电阻R， 电感L，电容C和连接这些元件的导线。
个周期变化。因此，对
于照明电力系统，导线
z
长几米都不会有什么影
响，而对于X波段雷达，
导线那怕变化几厘米，
影响都很大。
1m
❖ 通常把RF/MW导线（传
输线）称为长线，传统 的电路理论已不适合长
长线概念
线。
1.3.2 导体的趋肤效应
❖ 考虑一个半径为a，长为l，电导率为s的圆柱
导体，沿纵向流过的直流电流为I。由于直流 电流均匀地分布在导体内，因此，直流电阻R 和电流密度J为
300—3000
波长（cm) 130—30 30—15 15—7.5
7.5—3.75 3.75—2.4 2.4—1.67 1.67—1.13 1.13—0.75 0.75—0.1 0.1—0.01
RF/MW典型应用的频谱
应用范围 电视
移动电话
GPS全球定位系统
微波炉 美国UWB通信
卫星通信 雷达
RFID
第1讲内容
❖ 射频/微波的定义 ❖ 射频/微波的特点 ❖ 常规电路元件的射频特性 ❖ 射频/微波的简史 ❖ 课程内容设置 ❖ 本课程的要求与建议
教材pp1-10
1.1 RF/MW的定义
❖ 射频(Radio Frequency)/微波(Microwave) 无线电频谱中占据某一特殊频段的电磁波。
广义射频
1.3.1 长线概念
wk.baidu.com
❖ 考虑导线上传输交变电流i，变化规律为
i(t,
z)
Io
cos(t
z
o )
Io
cos[2 ( t
T
z)
o ]
2 f , f 1 , 2 , c
T
f
分别考虑
f1 50 Hz（照明交流电） f2 1 GHz（GSM蜂窝电路） f3 10GHz（X波段雷达）
对应的波长
带为6MHz（一个电视频道的带宽），而60GHz 频率下带宽为600MHz（100个电视频道！）。 ➢因此，RF/MW的一个最广泛应用就是无线通
信。
无线通讯
无线局域网（WLAN）
电磁波
蜂窝电话系统
微波接力通信
卫星通信
❖ 波长短
➢ 天线与RF电路的特性是与其电尺寸l/ 相关 的。在保持特性不变的前提下，波长越短， 天线和电路的尺寸l就越小，因此，波长短 有利于电路的小型化。
(1 j ) ar
Jz e
1 f
❖ 高频条件下，电阻和电感为
－趋肤深度 Jz
a
a2
R RDC 2 RDC 2 a
L
RDC
a2 2 a
➢ 可见，高频电阻与直流电阻之
微波电路与天线
Microwave Circuits and Antennas
第1讲 绪论
吴小虎 电子与信息工程学院 Email: xiaohu.wu@nuist.edu.cn
School of Electronic & Information Engineering Nanjing University of Information Science & Technology
❖ 分子谐振
➢ 各种分子、原子和原子核的谐振都发生在MW 波段，这使得微波在基础科学、医学、遥感 和加热等领域有独特的应用。
射电天文望远镜 微波炉
微波治疗仪
❖ 上述特点使得RF/MW有着广泛的应用，但是真 正使RF/MW成为一门独立学科是因其具有一个 独特特点：
RF/MW的波长与自然界物体尺寸相比拟。
音频 视频 狭义 射频
微波
红外
3KHz 30MHz 300MHz 3GHz 100Km 10m 1m 0.1m
3000GHz 0.1mm
频率 波长
频段代号 P L S C X Ku K Ka
毫米波 亚毫米波
频率（GHz） 0.23—1 1—2 2—4 4—8 8—12.5 12.5—18 18—26.5 26.5—40 40—300
❖ 在频率较低时，电阻器，电感器和电容器分别对 应于热能，磁场能量和电场能量集中的区域，所 以可以用“集总”元件表征。这时R，L，C基本 为常数，不随频率变化，导线也相当于与频率无 关的短路线段。
❖ 在RF/MW波段，由于导体的趋肤效应，介质损耗 效应，电磁感应等的影响，器件区域不再是单纯 能量的集中区，而呈现分布特性。
1
c f1
3 108 50
6106 m 6000km
2
c f2
3108 1109
0.3m 30cm
3
c f3
3 108 10 109
0.03m 3cm
❖ 于是在一段长为1米的 导线上，照明电流几乎
照明电流
不变化，GSM蜂窝电话
GSM 蜂窝电路
电流有3.3个周期变化，
X 波段雷达
而X波段雷达电流有33
➢ 目标的雷达散射截面（RCS）也与目标的 电尺寸成正比，因此在目标尺寸一定的情 况下，波长越小，RCS就越大。这就是雷 达系统通常工作在MW的原因。
雷达
❖ 大气窗口
➢ 地球大气层中的电离层对大部分无线电波呈 反射状态（短波传播的原理），但在MW波段 存在若干窗口。因此，卫星通信、射频天文 通常采用微波波段。
R
l
a2
J zo
I
a2
l I
a
❖ 对于交流电流，导体周围产生磁场。 ❖ 交流磁场又产生电场。 ❖ 而电场形成与原电流相反的电流密度，在导
体中心处，这种效应最强烈，致使导体中心 的电流密度明显减小，随着频率的增高，电 流趋于导体表面，即趋肤效应。
E H I
i
❖ 因此，高频时，导体损耗会增大，并具有电感 效应。高频时，沿纵向的电流密度沿导体径向 的分布规律为