微波传输特性的基础知识.下载

weixin_39821051 2019-05-14 04:00:18

微波传输特性的基础知识微波传输特性的基础知识
微波传输特性的基础知识
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微波与技术第一章课件，包括§1.0 引言§1.1 柱状导波系统中的电磁波§1.2 TEM波的一般特性§1.3 传输线上的电压波和电流波§1.4 传输线方程及其解§1.5 无耗传输线的三种工作状态§1.6 阻抗圆图§1.7 传输线的阻抗匹配§1.8 传输线的损耗

网络分析仪操作基础 ------内部仪器培训课程之二------ ---郭林风--- 网络分析仪培训资料全文共52页，当前为第1页。主要内容网络分析基础知识 网络分析仪测试技术及应用操作规范及测试注意事项实际操作网络分析仪培训资料全文共52页，当前为第2页。一、网络分析基础知识 网络分析仪培训资料全文共52页，当前为第3页。光波同射频信号网络分析仪能精确测量入射能量、反射能量和传输能量 DUT 入射波传输波反射波光波射频和微波信号入射功率反射功率传输功率网络分析仪培训资料全文共52页，当前为第4页。功率传输条件高频，为什么要功率测量？电压和电流可能随无损传输线的位置改变，但功率仍保持常数值。在射频和微波频率，作为基本量的功率更容易测量，更易了解，更有用。在低频上，波长非常长，简单的导线便适于传导功率在较高频率上，波长与高频电路中导体的长度相当或者更小，功率传输可认为是以行波方式进行。需要高效率的功率传送是在较高频率上使用传输线的主要原因之一网络分析仪培训资料全文共52页，当前为第5页。功率传输条件（续） RS RL 对于复数阻抗，只有当负载阻抗与源阻抗呈现复数共轭时（ZL = ZS*）才产生最大功率传输 RL / RS 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Load Power (normalized) 当传输线的终端负载等于其特性阻抗时，传输的功率最大;当负载阻抗与特性阻抗不相等时，则未被负载吸收的那部分信号将被反射回信号源. 我们希望传输线无损耗传输信号功率，传输线上只有入射电压，无反射电压，而实际上反射总是存在的。因此关心功率最大传输问题网络分析仪培训资料全文共52页，当前为第6页。当传输线终端为Z0时 iv Zs = Zo Zo V反射波= 0(所有输入功率被负载吸收) V 入射波 Zo =传输线特性阻抗网络分析仪培训资料全文共52页，当前为第7页。当传输线终端为短路与开路时 Zs = Zo V反射波 V 入射波负载开路相位同相 (0o) , 短路相位为反向(180o) 对于短路和开路二种情况，在传输线上都会建立驻波网络分析仪培训资料全文共52页，当前为第8页。当传输线终端为25 W Vrefl Standing wave pattern Zs = Zo ZL = 25 W V inc 网络分析仪培训资料全文共52页，当前为第9页。相关概念反射系数回波损耗驻波比传输系数增益/插入损耗群延时史密斯圆图网络分析仪培训资料全文共52页，当前为第10页。反射系数Γ 反射系数是反射信号功率与入射信号功率之比。 = Z L - Z O Z L + O Z = V reflected V incident = r F G 当ZL=Z0时， ρ=0；当ZL Z0时，0＜ρ 1 ZL为负载阻抗，Z0为传输线特性阻抗网络分析仪培训资料全文共52页，当前为第11页。回波损耗反射信号低于入射信号的dB数，是用对数表示反射系数的幅度特性的一种方法 = r G Return loss = -20 log(r), 网络分析仪培训资料全文共52页，当前为第12页。驻波比反射除了会使系统中各部件之间传输的最佳功率减少之外，还会在传输线上产生驻波（两个相反方向的行波叠加形成）。在传输线上，信号的最大幅度与最小幅度之比，称为驻波比。描述负载匹配特性 Emax Emin SWR = Emax Emin = 1 + r 1 - r 网络分析仪培训资料全文共52页，当前为第13页。反射系数分析 ¥ dB 无反射 (ZL = Zo) r RL VSWR 0 1 全反射 (ZL = open, short) 0 dB 1 ¥ = r G Return loss = -20 log(r), Voltage Standing Wave Ratio VSWR = Emax Emin = 1 + r 1 - r = Z L - Z O Z L + O Z 反射系数 = V reflected V incident = r F G 网络分析仪培训资料全文共52页，当前为第14页。传输线三种状态 1．匹配工作状态（行波工作状态）负载阻抗等于传输线的特性阻抗，即ZL=Z0时， Γ=0，RL ，SWR=1。传输线就处于匹配工作状态。特征：沿线只有入射的行波而没有反射波；入射的能量全为负载所吸收，故传输效率最高；沿线上任意点的输入阻抗等于线的特性阻抗而与离负载距离无关；沿线电压和电流的振幅值不变；网络分析仪培训资料全文共52页，当前为第15页。传输线三种状态 2.纯驻波状态短路：负载阻抗ZL=0时，Γ=-1， R

前面已经介绍了反射、串扰、损耗等传输线效应。那么怎样衡量传输线效应呢？在实际的应用中，难道要我们用公式来计算反射、串扰吗？当然不用这样，这一节我们来介绍S参数。 S参数在微波和射频设计中是非常重要的，因为它具有如下优点：（1）它非常容易测量而且相比其它参数其高频特性更准确。（2） S参数概念简单、分析方便，能够细致深入的洞察到测试和建模存在的问题。为什么说S参数会给信号完整性分析带来方便呢？首先我们来看信号从驱动器出来到接收器件接收到正确的波形都需要经过哪些路径，也就是高速信号的传输通道都包括哪些组成部分。在驱动器、接收器的封装内部会有bonding wire/bump、substrate布线、BGA ball，在PCB板上又会有换层过孔、微带或者带状布线、匹配器件、连接器等等。传输通道的这些组成部分都会导致阻抗不连续、损耗等信号完整性问题。在信号速率很低时我们可以不关注过孔、BGA ball、直角布线等非理想因素带来的寄生效应，在进行阻抗匹配设计是只考虑驱动器电阻、传输线阻抗这些主要因素即可。但在随着信号速率的提高任何互联链路中的非理想因素都会对链路的性能产生影响，此时如

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