微波电子线路第三章无源器件介绍课件.ppt

1、射频微波无源器件介绍射频微波无源器件介绍任课老师：尹治平任课老师：尹治平 赵烨赵烨电阻电感电容n电阻的高频寄生效应电阻的高频寄生效应电阻电感电容n电感的高频寄生效应电感的高频寄生效应电阻电感电容n电容的高频寄生效应电容的高频寄生效应电阻电感电容n印刷式电感印刷式电感电阻电感电容n印刷式电容印刷式电容电阻电感电容n射频微波电路中分布式电感电容的作用射频微波电路中分布式电感电容的作用n作为分布式作为分布式LC型滤波器的电感电容使用，型滤波器的电感电容使用，电阻电感电容n射频微波电路中分布式电感电容的作用射频微波电路中分布式电感电容的作用n缝隙电容可用于耦合（传输射频信号）和缝隙电容可用于耦合（传输

2、射频信号）和隔直（隔离直流信号）隔直（隔离直流信号）电阻电感电容n射频微波电路中分布式电感电容的作用射频微波电路中分布式电感电容的作用n去耦和旁路去耦和旁路滤波器的主要指标1、通带插入损耗：、通带插入损耗：理想的滤波器不应对通带内的信号引入损耗，然而实际的电路理想的滤波器不应对通带内的信号引入损耗，然而实际的电路中总是会引入一定的功率损耗，称为插入损耗。其定义为信号源中总是会引入一定的功率损耗，称为插入损耗。其定义为信号源输入功率与负载得到的功率之比：输入功率与负载得到的功率之比：inPLPin2ininL10log10log(1)PILP 其中其中 是信号源的输入功率，是信号源的输入功率，是

3、负载得到的功率，是负载得到的功率，是从信是从信号源向滤波器看去的反射系数。号源向滤波器看去的反射系数。2、波纹、波纹 波纹是衡量带内响应平坦度的技术指标，我们可以用波纹系波纹是衡量带内响应平坦度的技术指标，我们可以用波纹系数定量的分析波纹的起伏大小，定义为带内用分贝或奈贝表示的数定量的分析波纹的起伏大小，定义为带内用分贝或奈贝表示的相应幅度的最大和最小值之差。相应幅度的最大和最小值之差。滤波器的主要指标3、带宽、带宽 对于带通滤波器不同的衰减量对应于不同的带宽，对于带通滤波器不同的衰减量对应于不同的带宽，常用的有常用的有3 dB带宽，其定义为通带内幅度衰减为带宽，其定义为通带内幅度衰减为3 d

4、B的上下边带之差的上下边带之差,60 dB带宽定义为通带内幅度衰减为带宽定义为通带内幅度衰减为60 dB的上下边带之差：的上下边带之差：3dBU3dBL3dBBWff60dBU60dBL60dBBWff4、矩形系数、矩形系数 矩形系数描述了带通滤波器通带与阻带间过渡带宽的矩形系数描述了带通滤波器通带与阻带间过渡带宽的陡峭程度，通常定义为陡峭程度，通常定义为60 dB带宽与带宽与3 dB带宽的比值：带宽的比值：3dB60dBBWSFBW滤波器的主要指标5、品质因数品质因数品质因数可以分为空载品质因数品质因数可以分为空载品质因数 Q和有载品质因数和有载品质因数QL，两者由是否接有负载区分。通常空载

5、品质因数两者由是否接有负载区分。通常空载品质因数Q定义为定义为在谐振频率下，滤波器上一个周期内平均储能与功率损在谐振频率下，滤波器上一个周期内平均储能与功率损耗的比：耗的比：cstoredlossWQP LE111QQQQE为外部品质因数为外部品质因数 品质因数的另外一个重要应用来自于它与品质因数的另外一个重要应用来自于它与3dB带宽间的带宽间的关系：关系：c3dBLfBWQ6、带外抑制、带外抑制:规定滤波器在什么频率上会阻断信号规定滤波器在什么频率上会阻断信号,也可用带也可用带外滚降来描述外滚降来描述,就是规定滤波器通带外每多少频率就是规定滤波器通带外每多少频率下降多少分贝。滤波器的寄生通带

6、损耗越大越好下降多少分贝。滤波器的寄生通带损耗越大越好,也就是谐振电路的二次、也就是谐振电路的二次、三次等高次谐振峰越低三次等高次谐振峰越低越好。越好。7、承受功率。、承受功率。在大功率发射机末端使用的滤波器要按大功率在大功率发射机末端使用的滤波器要按大功率设计设计,元件体积要大元件体积要大,否则否则,会击穿打火会击穿打火,发射功率急发射功率急剧下降。剧下降。滤波器主要指标n集总器件构成的集总器件构成的LCLC滤波滤波n结构简单、成本低、由于集总器件特性在高频发结构简单、成本低、由于集总器件特性在高频发生改变（图例为电感），只适用于低频（生改变（图例为电感），只适用于低频（2GHz2GHz以以

7、下）下）射频微波滤波器种类n微带滤波器微带滤波器n结构灵活，形式多样，易于批量加工，是当前自结构灵活，形式多样，易于批量加工，是当前自行设计射频微波滤波器中最常用的一种行设计射频微波滤波器中最常用的一种射频微波滤波器种类n波导滤波器波导滤波器n抑制度高，插损小，体积大，在基站中常用作双抑制度高，插损小，体积大，在基站中常用作双工器工器射频微波滤波器种类n波导滤波器波导滤波器n抑制度高，插损小，体积大，在基站中常用作双抑制度高，插损小，体积大，在基站中常用作双工器工器射频微波滤波器种类n介质和陶瓷滤波器介质和陶瓷滤波器n体积小，成本低体积小，成本低射频微波滤波器种类n声表面波滤波器声表面波滤波器

8、n体积小，插损大，矩形系数非常好体积小，插损大，矩形系数非常好射频微波滤波器种类功分器和耦合器作用：功率分配或合成作用：功率分配或合成任意三端口网络的散射矩阵有任意三端口网络的散射矩阵有9个独立元件个独立元件 111213212223313233SSSSSSSSSS一个三端口网络不可能同时满足无损、互易和一个三端口网络不可能同时满足无损、互易和所有端口匹配的条件。所有端口匹配的条件。如果这三个条件允许有如果这三个条件允许有一个不满足，则在物理上是可能实现的。一个不满足，则在物理上是可能实现的。功分器和耦合器n四端口网络（定向耦合器和混合接头）四端口网络（定向耦合器和混合接头）一个各端口匹配的互

9、易四端网络的一个各端口匹配的互易四端网络的S矩阵形式如下矩阵形式如下 1213141223241323341424340000SSSSSSSSSSSSS在四个端口的三个端口上选择适当的相位参考面，可以简化在四个端口的三个端口上选择适当的相位参考面，可以简化上面的矩阵。令上面的矩阵。令，其中，其中和和是实数，而是实数，而和和是待定相位常数。可推出剩余的是待定相位常数。可推出剩余的相位常数之间的关系为相位常数之间的关系为 12341324,jjSSSeSe2n功分器和耦合器如忽略如忽略2的整数倍，通常在实际中出现两种特殊选择：的整数倍，通常在实际中出现两种特殊选择：1.对称耦合器（对称耦合器（/2

10、具有幅度为具有幅度为的相位选成相等，则散射矩阵形式为的相位选成相等，则散射矩阵形式为 00000000jjSjj2.不对称耦合器（不对称耦合器（=0,=/2）00000000S任何互易的、无损耗的、四端口匹配的网络是一种任何互易的、无损耗的、四端口匹配的网络是一种定向定向耦合器耦合器。两个通用的定向耦合器符号和端口的定义表征定向耦合器性能的三个量：表征定向耦合器性能的三个量：耦合度耦合度 方向性方向性 隔离度隔离度 1310lg20lg dBPCP 341410lg20lg dBPDPS114410lg20lg dBPISP 耦合度表示输入功率被耦合到输出端的部分。方向耦合度表示输入功率被耦合

11、到输出端的部分。方向性表示耦合器隔离正向和反向波的能力，如同隔离性表示耦合器隔离正向和反向波的能力，如同隔离度。三者之间的关系为度。三者之间的关系为IDC微带功分器通常用微带或带线做成，当输出端微带功分器通常用微带或带线做成，当输出端口匹配时，它具有无损特性，只损耗反射功率。口匹配时，它具有无损特性，只损耗反射功率。微带功分器可以进行任意比例的功率分配，这微带功分器可以进行任意比例的功率分配，这里先考虑等功分（里先考虑等功分（3dB）情况，将它归结为两）情况，将它归结为两个简单的电路，在输出端分别用对称和反对称个简单的电路，在输出端分别用对称和反对称源激励来进行分析。源激励来进行分析。微带型功

12、分器也可以做成功率不等分的，微微带型功分器也可以做成功率不等分的，微带图形如图所示。带图形如图所示。用微带形式实现的功率不等分功分器用微带形式实现的功率不等分功分器n分支线（分支线（90）耦合器）耦合器分支耦合器是分支耦合器是3dB方向耦合器，在直通和耦合端口有方向耦合器，在直通和耦合端口有90相位差。这种类型的耦合器也被称为分支线混合相位差。这种类型的耦合器也被称为分支线混合接头，通常用微带或带线形式制作，如图所示。接头，通常用微带或带线形式制作，如图所示。分支线耦合器结构分支线耦合器的基本工作情况如下，当所有端口都匹配时，送入到1端的功率平均地在端2和端3之间分配，这些输出端口之间具有90

13、相位移，没有功率耦合到端口4。S矩阵的形式为 01000111002010jjSjj分支线电桥1到到4端口由顺时针和逆时针两条传输端口由顺时针和逆时针两条传输路线，路程差为路线，路程差为/2，各段传输线的特，各段传输线的特性阻抗，使两路信号的幅度相等，则可性阻抗，使两路信号的幅度相等，则可以相互抵消，以相互抵消，4端口无输出（隔离端）。端口无输出（隔离端）。到达到达3端口的两路路程相等，为耦合端，端口的两路路程相等，为耦合端，设置各段传输线阻抗，可调节耦合度设置各段传输线阻抗，可调节耦合度图5.24 三节微带分支线耦合器n180混合环混合环混合接头是一种四端口网络，它的两个输出端口之混合接头是

14、一种四端口网络，它的两个输出端口之间具有间具有180相移，也可以运行在输出同相位状态。加到相移，也可以运行在输出同相位状态。加到1端端口的信号，将被均等地在端口口的信号，将被均等地在端口2和和3剖分为两个同相分量，剖分为两个同相分量，端口端口4降为隔离端口。如输入信号从降为隔离端口。如输入信号从4端口送入，它将被等端口送入，它将被等分为两根具有分为两根具有180相位差的分量在端口相位差的分量在端口2和和3输出，端口输出，端口1为为隔离端口。当用作功率合成时，将输入信号加在端口隔离端口。当用作功率合成时，将输入信号加在端口2和和3，在端口在端口1形成输入信号之和，在端口形成输入信号之和，在端口4

15、形成它们之差。因此形成它们之差。因此端口端口1和和4对应地称为和、差端口。对应地称为和、差端口。180混合接头符号理想的3dB、180混合接头的散射矩阵具有下述形式 01101001100120110jS环形电桥1端口输入，则端口输入，则2、4端口等幅同相，端口等幅同相，3端口无输出，所端口无输出，所以以1端口一般输入本振。信号从端口一般输入本振。信号从3端口输入，端口输入，2、4端口端口等幅反相，等幅反相，1端口无输出。本振和信号隔离度高端口无输出。本振和信号隔离度高环形器隔离器n单向传输单向传输n非互易，铁氧体器件非互易，铁氧体器件n指标：插损（正向），隔离（反向），功指标：插损（正向），隔离（反向），功率容量率容量衰减器衰减器课堂讨论课堂讨论