第二章无源网络元件的高频特性

通信电路原理

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第二章无源网络元件的高频特性


主要内容• 2.1 导线 [3]

• 2.2 电感 [3]

• 2.3 电容 [3]

• 2.4 电阻 [3]

• 2.5 传输线 [2]


重点和难点

2.1 导线

2.2 电感

2.3 电容

2.4 电阻

2.5 传输线

• 了解导线、电感、电容和电阻元件在高频电路中应用的特点

• 了解电路元件在高频与模拟（低频）电路中应用的不同之处和相同点

• 理解传输线的概念


2.1 导线

2.1 导线

2.2 电感

2.3 电容

2.4 电阻

2.5 传输线

• 导线– 裸铜线、镀银 ( 金 ) 线、漆包线、塑包线

( 单多股 ) 、纱包线 ( 单多 ) 等• 馈线 ( 已属传输线范畴 )

– 50Ω 、 75Ω 同轴电缆– 300Ω 扁平电缆


一、导线的高频趋肤效应

2.1 导线

2.2 电感

2.3 电容

2.4 电阻

2.5 传输线

• 导线电阻大小与导线横截面积成反比。– 导线趋肤效应示意图 ( 图 2-1 p34)


导线的高频趋肤效应

2.1 导线

2.2 电感

2.3 电容

2.4 电阻

2.5 传输线

• 例，直径 =0.644mm 的铜导线– 由导线表：直流电阻 Rdc= 60.97 Ω/km = 0.06 Ω/m

横截面积 Sdc= πr2 = 0.3257 mm2

由趋肤深度与工作频率的关系 ( 图 2-2 p34)



2.1 导线

2.2 电感

2.3 电容

2.4 电阻

2.5 传输线



2.1 导线

2.2 电感

2.3 电容

2.4 电阻

2.5 传输线

• 设– f =10 MHz 时，铜导线的趋肤深度为 0.0216 mm 。等

效环截面积 SAC= 0.0422 mm2

– 则 RAC=RDC(SDC/SAC)=470.6 Ω/km

– 即 RAC=0.45 Ω/m 　 • 设

– f =200 MHz 时，趋肤深度为 0.0051 mm

– RAC= 2206 Ω/km , 即 RAC= 2.2Ω/m

• 改进– 镀银线，空心导线，波导管 ( 内外壁镀银 )


二、直导线的电感

2.1 导线

2.2 电感

2.3 电容

2.4 电阻

2.5 传输线

• 例 : 一同轴电阻的几何尺寸如 ( 图 2-3 P35) 所示

– 引线直径： d1 =d3 =0.46mm (L1 和 L3) 　– 电阻体直径： d2 = 1.8mm (L2) 　– 总电感量 : L =L1+ L2+ L3 = 17.65 nH

40.2 2.303lg 0.75 nH

lL l

d


2.2 电感

2.1 导线

2.2 电感

2.3 电容

2.4 电阻

2.5 传输线

• 电感线圈的分布电容和阻抗特性曲线( 图 2-30 p59)


电感线圈的品质因数

2.1 导线

2.2 电感

2.3 电容

2.4 电阻

2.5 传输线

• 电感线圈的重要参数 • QL=(ωL)/r

– QL 近似常数，易于测量及电路分析计算（在一定范围内 ω↑ ， r 也↑）

– 可见： L↑ 或 r↓, 可提高 QL 值

• 提高 QL 值的方法例– 中波接收天线：采用多股纱包线– 短波接收天线：采用镀银线


2.3 电容

2.1 导线

2.2 电感

2.3 电容

2.4 电阻

2.5 传输线

• 实际电容的阻抗特性曲线 ( 图 2-39 p70)


2.4 电阻

2.1 导线

2.2 电感

2.3 电容

2.4 电阻

2.5 传输线

• 电阻的高频等效电路 ( 图 2-34 P54)


2.5 传输线

2.1 导线

2.2 电感

2.3 电容

2.4 电阻

2.5 传输线

• 定义 ( 高频范畴 )– 传输线 ( 长线 ) ：线长 l > λ/10 （工作频率很高时）– 短线：线长 l <=λ/10

双传输线分布参数电路：


2.5 传输线

2.1 导线

2.2 电感

2.3 电容

2.4 电阻

2.5 传输线

• 阻抗匹配– 输入阻抗 Zi 与信号源内阻 Zs 匹配，以提高信号源效率– 特性阻抗 ZC 与负载阻抗 ZL 匹配，则负载阻抗可以很好的

转移到传输线的输入端，即 Zi = ZL

• 输入阻抗（ p38 ，式 (2-5) ）

• 如果 l=λ/4

• 若使 Zi=ZS ，则• 即可以用特性阻抗的 λ/4 传输线做阻抗变换

器，使得 Zi=ZS

j tan

j tanL C

i CC L

Z Z lZ Z

Z Z l

2

2C

iL

ZZ

Z

C S LZ Z Z

C S LZ Z Z


传输线的应用

2.1 导线

2.2 电感

2.3 电容

2.4 电阻

2.5 传输线

• 用 λ/4 传输线作阻抗匹配 ( 图 2-6 p40)


2.5 传输线

2.1 导线

2.2 电感

2.3 电容

2.4 电阻

2.5 传输线

• 传输线的输入阻抗–

• 如果终端开路–

–

• 如果终端短路–

–

j tan

j tanL C

i CC L

Z Z lZ Z

Z Z l

LZ

0LZ

j coti CZ Z l

j tani CZ Z l


传输线的应用

2.1 导线

2.2 电感

2.3 电容

2.4 电阻

2.5 传输线

• 作为高频电路的分布元件使用 ( 表 2-3 p40)


宽带传输线变压器

2.1 导线

2.2 电感

2.3 电容

2.4 电阻

2.5 传输线

结构示意图

应用 1 ：平衡 / 不平衡转换



2.1 导线

2.2 电感

2.3 电容

2.4 电阻

2.5 传输线

平衡 / 不平衡转换实物图



2.1 导线

2.2 电感

2.3 电容

2.4 电阻

2.5 传输线

• 应用 2 ： 4:1 传输线变压器 ( 图 2-12,13 p46)

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