传输线和集总参数元件

电路的工作性能也有较大的影响。
传输线和集总参数元件
集总参数元件的射频特性
集中参数元件尺寸小、价格低，可实现宽带，这些 优点特适合HMIC和MMIC，目前应用可达60GHz以上。 在微波频段，集中参数元件可看作一段很小的 TEM
传输线来设计，设计时需要考虑综合一些数学模型，建
立模型时需考虑接地面的存在、邻近效应、边缘场、寄 生参数等。
C
L
Rg Re
图1-7 射频电容的等效电路
Байду номын сангаас
传输线和集总参数元件
交指型电容器
交指型电容器的最大电容值受限于物理尺寸，其最
大可工作的频率受限于指间的分布特性。 交指型电容器特别适合于用做调谐、耦合和匹配元 件，这些场合要求电容量小、量值精确的电容器。 交指型电容器和平面式电容器（金属-绝缘体-金属 （MIM）电容器）两者都能用于射频集成电路中。
A C 0 r d d
A
在射频/微波频率下,实际的介质内部存在传导电 流,也就存在相应的损耗, 介质中的带电粒子还有一 定的质量和惯性 , 在电磁场的作用下 , 很难随之同步 振荡,在时间上有滞后现象,也会引起能量的损耗。
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所以
1 Z Ge jC
（1-8）
Ge
L R WH
(1-6a)
定义薄片电阻
1 ,则 Rh H
(1-6b)
L R Rh W
传输线和集总参数元件

Ca L R L
H W
L
Cb
图1-3 物质的体电阻
C1 L2 R
图1- 4 电阻的等效电路
L1
L2
C2
图 1-5 线绕电阻的等效电路
传输线和集总参数元件
103 102 理想电阻 电感效应
| Z | /
103
102 101 108
109 f / Hz
101 0
101 1
渐减小。
图1-11 电感阻抗的绝对值与频率的关系
传输线和集总参数元件
射频/微波集成电路电感器可分为： （1）带状电感器
（2）单圈环形电感器
（3）多匝螺旋电感器
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知识回顾
传输线基本理论
z Zg Eg i(z＋ z,t) Rz L z ＋ C z － z＋ z (a ) 0 (b ) z G z u(z,t) － i(z,t) ＋
平面式电容器在实现大容量值的隔直流模块和去耦电
路时需特别注意功率容量 。
传输线和集总参数元件
102
101
实际电容
| Z | /
100
10－
1
理想电容 10－ 108
2
109 f / Hz
101 0
101 1
图1-8 电容阻抗的绝对值与频率的关系
注：也可用一段很短的开路传输线来模拟电容器
电感
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pI J 0 ( pr) J z 2a J1 ( pa)
（1-5）
p2=-jωμσ。
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图 1-1 交流状态下铜导线横截面电流密度对直流情况的 归一化值
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金属导线本身有一定的电感量,这个电感在射频/微 波电路中,会影响电路的工作性能。电感值与导线的长 度、形状和工作频率有关。 金属导线还可以看作一个电极 , 它与地线或其他电 子元件之间存在一定的电容量 , 这个电容对射频 / 微波
| Z | /
101 100 10－ 10－ 10－
1
电容效应
2 3
106
107
108
109 f / Hz
101 0
101 1
101 2
图1-6 电阻的阻抗绝对值与频率的关系 电阻及其寄生电容和电感在高频上随频率变化，是所有 电阻器的一个共同问题
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电容
在低频率下,电容器的电容量定义为
常用的电感器一般是线圈结构,在高频率也称为高频 扼流圈，其结构一般是用直导线沿柱状结构缠绕而成。
Cd
Rd Rd
图1-9 在电感线圈中的分布电容和串联电阻
注：一段很短的短路传输线也可用来模拟电感器
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导线的缠绕构成电感的主要部分 ,而导线本身的电感可 以忽略不计，细长螺线管的电感量为
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电阻
基本功能是将电能转换成热产生电压降。 电子电路中,一个或多个电阻可构成降压或分压 电路用于器件的直流偏置 , 也可用作直流或射频电
路的负载电阻完成某些特定功能。通常有： 高密度碳介质合成电阻、镍或其他材料的线绕 电阻、温度稳定材料的金属膜电阻和铝或铍基材料
薄膜片电阻。
在射频/微波电子电路中使用最多的是薄膜片电
L
r 2 0 N 2
l
（1-10）
在考虑了寄生旁路电容 Cs 以及引线导体损耗的串联电 阻Rs后，电感的等效电路如图1-10 所示。
L Rs
Cs
图1-10 高频电感的等效电路
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105 理想电感 104 实际电感
铜电感线圈的高频特 性：在谐振点之前阻抗升 高很快 , 而在谐振点之后 , 由于寄生电容Cs的影响已 经逐步处于优势地位而逐
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在交流状态下,有“集肤效应”；在射频 （f≥500MHz）范围此导线相对于直流状态的电阻
和电感可分别表示为
R a Rdc 2
（1-3a）
L
a Rdc 2
（1-3b）
一般在δ＜＜a条件下成立
传输线和集总参数元件 δ=(πfμσ) -1/2 （1-4）
定义为“集肤深度”。 集肤深度与频率之间满足平方反比关系 ,随着 频率的升高,集肤深度按平方率减小。 电流密度为
d A
d
（1-9）
在射频/微波应用中,还要考虑引线电感L以及引
线导体损耗的串联电阻Rg和介质损耗电阻Re。
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平面式电容器由金属-绝缘体-金属结构组成，氮化
硅、氧化硅和聚酰亚胺是其经常使用的绝缘体。
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交指型电容器
C(pF)
r 1
w
l[( N 3) A1 A2 ]
阻,一般使用表面贴装元件（SMD）。
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所希望使用的薄膜电阻特性是：
稳定性好的电阻值，不随时间变化；
低的电阻温度系数（TCR）；
足够的散热能力；
寄生参量足够小；
最大长度小于0.1λ ，使得传输线效应可以忽略。
传输线和集总参数元件
物质的电阻的大小与物质内部电子和空穴 的迁移率有关。从外部看,
~
z l z
Z1
u (z＋z,t)
(c)
(d )
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(R jL)(G jC) j
U U R jL Z0 I I G jC G jC