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摘要
射频(RF)是可以辐射到空间的电磁频率,频率范畴从300KHz~300GHz,它是一种高频交流变化电磁波的简称。传播线是用横电磁(TEM)模的方式传送电能和(或)电信号的导波构造,传播线的特点是横向尺寸不不小于工作波长。射频传播线的设计具有重要的意义,传播线设计是高频有线网络和射频微波工程的基本,为了使能量可以在通信网路中无损耗地传播,良好的传播线设计是重要核心。
随着着计算机技术的不断普及发展,计算机的辅助分析和辅助设计在各个工程领域获得了相称广泛的应用与继承。传播线问题借助计算机来辅助求解计算时,比较精确和快捷。我们运用传播线的相应解析式,用MATLAB语言编制了求解传播线问题的某些程序。
阻抗匹配是最重要的分布电路设计措施,它直接决定着电路负载获得信号功率的大小。我们就微带线阻抗匹配进行了理论上的讨论及其仿真实现。
核心字:传播线理论MATLAB计算机辅助计算微带线特性阻抗仿真
RFTransmissionLineDesignandSimulation
ABSTRACT
Radiofrequency(RF)saidelectromagneticfrequencycanberadiationintospace,therangeofthefrequencyrangefrom300KHZto300GHZ,(TEM)waytotransmitpowerand(or)electricalsignalsofguidedwavestructures,,transmissionlinedesignisahighfrequencycable,RFmicrowaveengineering,opticalfibercommunicationandsoonthebasisofphotoelectricengineering,inordertomakeenergycanwithoutlossoftransmissioninthe
communicationnetwork,agooddesignofatransmissionlineiscritical.
Alongwiththepopularizationanddevelopmentofcomputertechnology,,,thetransmissionlineproblemiscompiledwithMATLABlanguageofsomeoftheprogram.
Distributioncircuitdesignmethodofimpedancematchingisthemostimportant,'llbemicrostriplineimpedancematchingforthediscussionoftheoryandsimulationimplementation.
Keywords:TransmissionlinetheoryMATLABcomputeraidedcalculationMicrostriplinecharacteristicimpedancesimulation
目录
第1章绪论 1
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第二章传播线理论 2
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(无反射状况) 8
(全反射状况) 9
(部分反射状况) 9
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第三章传播线问题的计算机辅助计算 13
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第四章微带线特性阻抗仿真 16
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参照文献 25
第1章绪论
射频(RF)是可以辐射到空间的电磁频率,频率范畴从300KHz~300GHz,它是一种高频交流变化电磁波的简称。传播线是用横电磁(TEM)模的方式传送电能和(或)电信号的导波构造,传播线的特点是横向尺寸不不小于工作波长。射频传播线的设计具有重要的意义,传播线设计是高频有线网络和射频微波工程的基本,为了使能量可以在通信网路中无损耗地传播,良好的传播线设计是重要核心。
进行本课题的研究可以应用所学的电磁场和电磁波、通信等方面的理论知识,发挥自己的发明力,解决具有实际意义的科学问题,从而巩固了所学专业知识,并从创新和研究能力方面获得了锻炼和提高。
微波技术的发展与实际应用在互相增进与协调中不断地向前迈进。发展到目前,已经走过了60近年。第二次世界大战这个期间,微波技术的发展不久,这期间最重要的技术就是雷达的研制。到1960年后来,随着通信事业的发展,人们开始研究起微波通信和卫星通信。差不多到了1970年,微波技术的应用范畴就不断扩大,在遥感技术、医疗卫生、无损检测与研究等领域有了较大的发展。不仅如此,在后来的发展之中,相继形成了微波波谱、微波生物、微波超导等交叉学科。
就目前来看,微波重要向下面几种方向发展:
(1)工作频段要向着高频段扩展,高频段是目前的研究重点。
(2)微波的元器件及整体设备要向着体积小型化、频带不断变宽的方向发展。不仅使占用体积减小,也增长了器件的使用年限。
(3)微波系统要向着自动化、智能化和多功能化方向发展。随着科学技术,特别是计算机技术的发展与普及,多种不同窗科之间的互相渗入,促使微波设备、系统和测试仪表也徐徐实现了自动化、智能化和多功能一体化。
本文研究的内容是射频传播线的设计及仿真。全文总共分为四章,第一章重要内容是绪论,重要写了课题背景和意义,国内外的发展状况以及本文的框架构造。第二章的重要内容是传播线理论分析。分析了微波及其特点、传播线方程、传播线的特性参量、传播线的工作状态分析、阻抗圆图和阻抗匹配这几种方面。第三章的重要内容是射频传播线的计算机辅助计算。运用MATLAB语言设计有关程序以便了传播线的计算。并举例阐明了传播线问题的常规算法,同步也阐明了调动设计的相应程序解决传播线问题的一般环节。第四章的重要内容是针对微带线特性阻抗匹配进行理论讨论和仿真实现。
第二章传播线理论
导体、均匀介质如果可以引导电磁波沿一定方向传播,我们就可以称其为传播线。
传播线传播的电磁波的波形是不同样的,根据这一点,我们可以将传播线分为如下几种类型:
第一种:双导体传播线
双导体传播线是由两根或两根以上的平行导体构成的,导体中传播的电磁波是横电磁波,又称TEM波。重要有平行双线、同轴线、带状线和微带线等几种不同的类型。
第二种:填充的介质是均匀的金属波导管
由于电磁波传播在其管内,因此称为波导。重要有矩形波导、圆波导、脊波导和椭圆波导等几种类型。。
第三种:介质传播线
由于沿着输电线路表面传播,因此称之为表面波波导。重要有介质波导,镜像线和单一表面波传播线等几种类型。
一般状况下,我们规定的传播线要有如下几种特点:
1、损耗小
2、工作频带宽
3、功率容量大
4、尺寸小且均匀
传播线方程是用来研究传播线上电压、电流的变化规律,以及电压、电流之间互相关系的方程。一般可以通过均匀传播线的等效电路推导得出。
对于一段均匀传播线,在其上面取一种微元段,设其集中参数分别为、、和。此外,还懂得传播线的始端接的是正弦信号源,其角频率为,终端接负载阻抗的大小为。同步,我们将坐标原点选在初始端。设距始端处的电压为,电流为,则通过段后电压为、电流为。由于它们既是坐标的函数,又是时间的函数,因此,可将其分别表达为,。可得通过段后电压和电流的变化量为
根据基尔霍夫定律,并且忽视方程中的高阶小量,可得
()
由于电压和电流随时间做相应的变化,可得其瞬时值,与复数振幅,的关系为
()
将式()代入式()中,消去等式两边因子,可得
令,,就得届时谐传播线方程为
()
式中:Z——单位长度的串联阻抗。
Y——单位长度的并联导纳,但。
式()表白:传播线电压的变化其实是由串联阻抗的降压作用导致的,而电流的变化则是由并联导纳的分流作用引起的。
将()两边对再求一次微分,使,可得
均匀传播线的波动方程为
()
其通解为:
()
式中:——传播线的特性阻抗,;
——传播线上波的传播常数,,其中为实部,为虚部;
——待定系数,为一常数,其大小由传播线的终端或始端给出的已知条件拟定。