【射频通信电路基础第二讲】射频通信电路基础知识——射频接插件、金属导线的趋肤效应、射频传输线及其特性、衰减电路等

news2024/9/19 10:03:49

一、射频接插件

参考https://blog.csdn.net/weixin_43813325/article/details/112340937

1、BNC:阻抗一般为50/75Ω,频带宽

2、SMA/SMB:损耗小,价格高昂

SMA接口有两种形式,分别如下所示,常规SMA“外螺纹+插孔”,“内螺纹+插针”,RP_SMA则相反,“外螺纹+针”,“内螺纹+孔”。
一种是RF JACK也叫SMA_J即“外螺纹+插孔”,如下图所示:

一种是RF PLUG也叫SMA_K即“外螺纹+插孔”,如下图所示:

 

3、N型:能够在较高频率范围内(最高可达18 GHz)提供较低的损耗和较好的稳定性。它适用于无线电通信、微波设备、天线系统等。 N型接插件的尺寸相对较大,适合需要可靠连接和高频性能的应用。

4、F型:它的频率范围通常在0-1 GHz之间,主要适用于低频的电视信号传输。F型接插件体积较小,结构简单,成本较低,通常用于民用设备。

二、金属导线的趋肤效应

趋肤效应(Skin Effect)是指交流电流(AC)在导体中传播时,电流趋向于集中在导体表面的现象。随着频率的增加,电流密度在导体表面附近更集中,导体内部的电流密度则逐渐减小。这一效应在高频率下尤为明显。

1、趋肤效应的原因

趋肤效应的本质是由于电磁感应引起的。当交流电流通过导体时,导体内部会产生变化的磁场,而变化的磁场根据法拉第电磁感应定律在导体中感应出涡电流。涡电流产生的电动势与外加电流相反,尤其是在导体中心区域,这种感应效应导致中心部分的电流密度下降,而在导体表面的电流密度更高。

2、实际应用

趋肤效应在高频电路、传输线、天线、变压器和电缆设计中具有重要影响。例如:

  • 在高频应用中,使用多股细导线(如绞线)代替单根粗导线可以减少趋肤效应带来的电阻损耗。
  • 高频变压器的线圈通常使用镀银铜线,以减小趋肤效应的影响,从而减少功率损耗。

三、射频传输线及其特性

1、射频传输线特性

(1)波长与元件实际尺寸可比拟:频率越高,尺寸越小

射频信号的波长和电路元件的尺寸密切相关。随着频率的升高,波长变短,电路中的元件尺寸相对于波长变得可比拟甚至较大。这意味着高频信号的行为不仅依赖于电路参数(如电阻、电感、电容),还与元件的物理尺寸、形状和布线方式密切相关。尤其在微波频率下,必须将传输线和元件设计成与信号波长相适应的结构。

(2)分布常数

射频传输线在电路模型中不再适用集总参数(如电阻、电感、电容)的近似。相反,传输线的每一小段都会具有分布的电阻(R)、电感(L)、电导(G)和电容(C)。这些参数均匀地沿传输线分布,决定了信号传播的特性。它们通常通过传输线的单位长度参数来描述:

  • R:电阻,表示导体损耗。
  • L:电感,表示传输线中的磁场能量。
  • G:电导,表示介质损耗。
  • C:电容,表示电场能量。

这些分布常数决定了传输线的特性阻抗和信号的传播速度。

(3)电流/电压随着空间位置和时间变化的二元函数

在射频传输线中,电流和电压不再仅仅是时间的函数,而是空间和时间的二元函数。也就是说,电压和电流在传输线的不同位置和时间上都发生变化。因此,我们在射频电路设计中常用功率来描述信号的传输特性。功率的表达式可以简化电流和电压随位置变化带来的复杂性。

(4)阻抗

射频传输线的特性阻抗是描述信号传播时电压和电流比值的一个重要参数。特性阻抗由传输线的分布参数决定,并且与频率有关。常见的同轴电缆特性阻抗为50欧姆或75欧姆。

(5)传输波

射频信号在传输线中以电磁波的形式传播,通常称为传输波。根据传输线的类型和工作频率,电磁波的传播模式可以是不同的,例如:

  • TEM模式(横电磁波模式):电场与磁场都垂直于传播方向,常见于同轴电缆。
  • TE模式(横电波模式):只有电场垂直于传播方向,磁场有纵向分量,常见于波导管。
  • TM模式(横磁波模式):只有磁场垂直于传播方向,电场有纵向分量。

2、传输常数

3、电压波和电流波特性阻抗

与外接阻抗无关,与电路本身结构有关,一般与频率无关

4、传输线分布参数阻抗变换

1. 传输线阻抗变换的基本原理

传输线的特性阻抗(Z0Z_0Z0​)与传输线长度和工作频率有关。通过选择合适的传输线长度和阻抗,可以实现对电路阻抗的变换。阻抗变换的基本原理是利用传输线的波动特性,使得在特定位置的传输线能够实现期望的阻抗匹配。

2、阻抗匹配的公式

3、阻抗变换的实例

5、无耗传输线工作状态

行波:完全匹配,行波系数

驻波:全反射,完全失配,驻波比

行驻波:既有行进,也有反射

四、Smith圆图

可以先参考以下链接,后续会补上。。。。。。

https://blog.csdn.net/fragmentalice/article/details/136904018

五、射频电阻/电容/电感

六、衰减电路

(1)平衡电路

抑制共模,抗干扰,平衡电路传输信号时,信号通过两条导线,同时携带一个正极性信号和一个反相信号。接收端通过对这两条信号进行差分运算,得到实际的信号值。

特点是

  • 对于外界干扰有较强的抑制能力,因为共模噪声在两条线上产生的干扰可以相互抵消。
  • 传输距离较远时,信号损失和干扰较小。
  • 常用于专业音频设备、电话线路和长距离传输。

2、非平衡电路

非平衡电路仅使用一条信号线和一条接地线传输信号,信号在一条线上传播,而接地线作为参考点。

特点

  • 对外界的干扰敏感,容易受到噪声的影响,尤其在长距离传输中表现明显。
  • 电路简单,成本较低,适合短距离的信号传输。
  • 常用于消费级音频设备,如RCA接口。

七、RF滤波器

八、谐振回路

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