射频电路与天线（一）
RF Circuits and Antennas第1讲绪论
褚庆昕
华南理工大学电子与信息学院天线与射频技术研究所TEL: 22236201-601Email:[email protected] Institute of Antennas & RF Techniques
1.2RF/MW的特点
y g o l o n h c e T
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y
i t s r e v i n U a n i h C h
u t
o S
¾通信系统中相对带宽Δf/f通常为一定值，所以频率f越高，越容易实现更大的带宽Δf，从而信息的容量就越大。¾例如，对于1%的相对带宽，600MHz频率下宽带为6MHz（一个电视频道的带宽），而60GHz频率下带宽为600MHz（100个电视频道！）。¾因此，RF/MW的一个最广泛应用就是无线
通信。
Research Institute of Antennas & RF Techniques频率高
微波接力通信y g o l o n h c e T
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i t s r e v i n U a n i h C h
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S Research Institute of Antennas & RF Techniques
蜂窝电话系统y g o l o n h c e T
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Research Institute of Antennas & RF Techniques
波长短y g o l o n h c e T o f y i t s r e v i n U a n i h C h u t o S
天线与RF 电路的特性是与其电尺寸l /λ相关的。在保持特性不变的前提下，波长λ越短，天线和电路的尺寸l 就越小，因此，波长短有利于电路的小型化。目标的雷达散射截面（RCS ）也与目标的电尺寸成正比，因此在目标尺寸一定的情况下，波长越小，RCS 就越大。这就是雷达系统通常工作在MW 的原因。
Research Institute of Antennas & RF Techniques¾¾
雷达
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C h i n a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y
Research Institute of Antennas & RF Techniques
S
o u t h C h i n a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y 大气窗口¾地球大气层中的电离层对大部分无线电波呈反射状态（短波传播的原理），但在MW波段存在若干窗口。因此，卫星通信、射频天文通常采用微波波段。 分子谐振¾各种分子、原子和原子核的谐振都发生在MW波段，这使得微波在基础科学、医学、遥感和加热等领域有独特的应用。
Research Institute of Antennas & RF Techniques
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卫星通信
Research Institute of Antennas & RF Techniques
射电天文望远镜
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微波炉
Research Institute of Antennas & RF Techniques
y g o l o n h c e T
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微波治疗仪
Research Institute of Antennas & RF Techniques
S
o u t h C h i n a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y 上述特点使得RF/MW有着广泛的应用，但是真正使RF/MW成为一门独立学科是因其具有一个独特特点：RF/MW的波长与自然界物体尺寸相比拟。在RF/MW相邻低端以下的频段，波长比物体尺寸长很多，可以采用集总模型研究。在RF/MW相邻高端以上的频段，波长比物体尺寸小很多，可以采用几何光学研究。当波长与物体的尺寸相比拟时，电磁波波动性呈主流，因此必须采用电磁场理论和分布模型
研究。
Research Institute of Antennas & RF Techniques
1.3 常规电路元件的射频特性
S
o u t h C h i n a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y 在常规交流电路中，最常用的电路元件是电阻R，电感L，电容C和连接这些元件的导线。在频率较低时，电阻器，电感器和电容器分别对应于热能，磁场能量和电场能量集中的区域，所以可以用“集总”元件表征。这时R，L，C基本为常数，不随频率变化，导线也相当于与频率无关的短路线段。在RF/MW波段，由于导体的趋肤效应，介质损耗效应，电磁感应等的影响，器件区域不再
是单纯能量的集中区，而呈现分布特性。
Research Institute of Antennas & RF Techniques
1.4 RF/MW发展简史S o u t h C h i n a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ，英国物理学家J. C. Maxwell (1831-1879, 48岁)发表了著名的麦克斯韦方程，从理论上预测电磁波的存在。，德国物理学家H.Hertz (1857-1894, 37岁) 实验证实了麦克斯韦方程的预言。赫芝采用电火花间隙发射机和加载偶极天线演示电磁波的传播.
Research Institute of Antennas & RF Techniques
，意大利发明家G. Marconi (1874-1937, y g o l o n h c e T
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y ，
i t s r e v i n U
a n i h C h
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o S 63岁)首次实现了穿越大西洋的无线电通信。他的发射天线与地之间连接70KHz电火花发生器，接收天线与风筝支撑。英国与法国之间建立了第一条微波通信线线路。二次大战后，微波接力通信得到了迅速发展，20世纪50-70年代，微波接力通信是电视信号远距离传输的主要手段。大西洋
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，英国的R. W. Watt开展了雷达的研究，y g o l o n h c ，e T
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i t s r e v i ，n U a n i h C h
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o S （Radar = radio detecting and ranging 无线电探测与定位），同年首次在试验中测得飞机的回波。第一只调速管问世，，英国的布特和兰特尔研制出磁控管，这些微波电子管器件都是雷达不可缺少的源。第一台10cm波长雷达问世。雷达的出现使微波得到了人们的根本认识。美国在MIT专门成立“辐射实验室”，调集了大量顶尖科学家以战时状态对雷达进行大规模、全方位研究，极大地促进了雷达
与微波技术的发展。
Research Institute of Antennas & RF Techniques
，雷神公司把磁控管用于微波加热，诞y g o l o n ，国际通信卫星组织发射了第一颗同步h c e T
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i t ，雷达、卫星通信、微波中继通信成为s r e v i n U a n i h C h
u t
o S 生了微波炉，如今磁控管依然是微波炉的核心源。通信卫星。RF/MW应用的主要领域，并迅速扩展到微波加热和微波遥感等领域。同时，RFIC、MIC开始迅速发展。
Research Institute of Antennas & RF Techniques
，移动通信成为最耀眼的应用，如同y g o l o n h c e T
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i t s r e v i n U a n i h C h
u t
o S 二次大战中雷达对RF/MW发展的促进作用一样，移动通信，尤其是蜂窝移动通信给RF/MW带来了第二次发展高潮。由于是民用，涉及千家万户，发展更为迅速，更为广泛，甚至改变了人类的生活习惯。RF/MW应用几乎深入了各类领域，我们身边随处可见：手机、蓝牙、无线上网，卫星电视、GPS定位、RFID等。
Research Institute of Antennas & RF Techniques
1.5 课程内容设置S
o u t h C h i n a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y 从典型RF系统看本课程内容设置Antenna 无线通信系统原理框图
Research Institute of Antennas & RF Techniques
无线通信系统射频前端原理框图y g o l o n h c e T
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Research Institute of Antennas & RF Techniques
RF/MW系统通常由这样几类装置组成：y g o l o n h c e T o f y i t s r e v i n U a n i h C h u t o S
¾传输线：传输RF/MW信号的装置。¾无源器件：完成微波信号和功率的分配、控制和滤波等功能的装置，没有进行微波能量与其他能量（如直流）的转换,如滤波器，双工器，耦合器等。¾有源器件：产生、放大、变换微波信号和功率的装置，一般要将微波能量与其他能量进行转换。¾天线：辐射或接收电磁波的装置。
Research Institute of Antennas & RF Techniques正是上述装置构成了本课程内容。
当然，RF/MW应用还涉及其他重要方面，如：
¾电波传播
¾RF/MW测量
¾RF/MW仿真与计算
S
o u t h C h i n a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y 尽管很重要，由于课时有限，本课程不讲授。
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1.6 本课程要求与建议
S o u t h C h i n a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y 成绩评定与作业要求¾作业30%，期未考试70%。¾每周交一次作业，课件从网上下载 参考书籍¾[1] 李绪益微波技术与微波电路，华南理工大学出版社，2007，（教材，习题）¾[2] R. Ludwig, P. Bretchko, RF circuit Design –Theory and Applications, 电子工业出版社（中、英本），2004。
¾[3] P. M. Pozar, Microwave Engineering, (Third edition), 电子工业出版社（中、英本），2006。
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教学方法y g o l o n h c e T o f y i t s r e v i n U a n i h C h u t o S
课程特点@概念抽象、数学公式多我们的对策@强调形象化教学@强调原理和设计过程@运用软件实现设计最终的目标@运用软件可以设计典型RF/MW电路
Research Institute of Antennas & RF Techniques¾¾¾
学习方法y g o l o n h c e T o f y i t s r e v i n U a n i h C h u t o S
¾大处着眼@始终把握每讲内容在整体课程中的地位。@始终把握所学元器件在RF/MW系统中的地位。@从原理上掌握每一元器件的机理、功能和作用。¾小处着手@熟练掌握具有代表性的理论、公式、推导。@熟悉几种具有代表性的元器件的设计过程，并能完成典型电路设计。@从小入手，举一反三，触类旁通，从而在有限的学时内，最大限度地掌握RF/MW电路与天线的理论与设计。
Research Institute of Antennas & RF Techniques
建议y g o l o n h c e T o f y i t s r e v i n U a n i h C h u t o S
给自己定个目标：上、中、下。在所定目标下，制成学习方案和精力分配。¾上：出色完成课程学习, 掌握尽可能多的细节。¾中：较好完成课程学习，掌握课堂所授主要内容。¾下：基本完成课程学习，掌握课堂所授基本内容。“不抛弃，不放弃”。
Research Institute of Antennas & RF Techniques无论定怎样的目标，
小结1y g o l o n h c e T o f y i t s r e v i n U a n i h C h u t o S
射频/微波的基本概念与特点射频/微波的简史课程内容设置本课程的要求与建议
Research Institute of Antennas & RF Techniques
习题1y g o l o n h c e T
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P10: 0-1，0-2
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射频电路与天线（一）
RF Circuits and Antennas第1讲绪论
褚庆昕
华南理工大学电子与信息学院天线与射频技术研究所TEL: 22236201-601Email:[email protected] Institute of Antennas & RF Techniques
1.2RF/MW的特点
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¾通信系统中相对带宽Δf/f通常为一定值，所以频率f越高，越容易实现更大的带宽Δf，从而信息的容量就越大。¾例如，对于1%的相对带宽，600MHz频率下宽带为6MHz（一个电视频道的带宽），而60GHz频率下带宽为600MHz（100个电视频道！）。¾因此，RF/MW的一个最广泛应用就是无线
通信。
Research Institute of Antennas & RF Techniques频率高
微波接力通信y g o l o n h c e T
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蜂窝电话系统y g o l o n h c e T
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波长短y g o l o n h c e T o f y i t s r e v i n U a n i h C h u t o S
天线与RF 电路的特性是与其电尺寸l /λ相关的。在保持特性不变的前提下，波长λ越短，天线和电路的尺寸l 就越小，因此，波长短有利于电路的小型化。目标的雷达散射截面（RCS ）也与目标的电尺寸成正比，因此在目标尺寸一定的情况下，波长越小，RCS 就越大。这就是雷达系统通常工作在MW 的原因。
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卫星通信
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微波炉
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研究。
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1.3 常规电路元件的射频特性
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是单纯能量的集中区，而呈现分布特性。
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1.4 RF/MW发展简史S o u t h C h i n a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ，英国物理学家J. C. Maxwell (1831-1879, 48岁)发表了著名的麦克斯韦方程，从理论上预测电磁波的存在。，德国物理学家H.Hertz (1857-1894, 37岁) 实验证实了麦克斯韦方程的预言。赫芝采用电火花间隙发射机和加载偶极天线演示电磁波的传播.
Research Institute of Antennas & RF Techniques
，意大利发明家G. Marconi (1874-1937, y g o l o n h c e T
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o S 63岁)首次实现了穿越大西洋的无线电通信。他的发射天线与地之间连接70KHz电火花发生器，接收天线与风筝支撑。英国与法国之间建立了第一条微波通信线线路。二次大战后，微波接力通信得到了迅速发展，20世纪50-70年代，微波接力通信是电视信号远距离传输的主要手段。大西洋
Research Institute of Antennas & RF Techniques
，英国的R. W. Watt开展了雷达的研究，y g o l o n h c ，e T
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与微波技术的发展。
Research Institute of Antennas & RF Techniques
，雷神公司把磁控管用于微波加热，诞y g o l o n ，国际通信卫星组织发射了第一颗同步h c e T
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Research Institute of Antennas & RF Techniques
，移动通信成为最耀眼的应用，如同y g o l o n h c e T
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Research Institute of Antennas & RF Techniques
1.5 课程内容设置S
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Research Institute of Antennas & RF Techniques
无线通信系统射频前端原理框图y g o l o n h c e T
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Research Institute of Antennas & RF Techniques
RF/MW系统通常由这样几类装置组成：y g o l o n h c e T o f y i t s r e v i n U a n i h C h u t o S
¾传输线：传输RF/MW信号的装置。¾无源器件：完成微波信号和功率的分配、控制和滤波等功能的装置，没有进行微波能量与其他能量（如直流）的转换,如滤波器，双工器，耦合器等。¾有源器件：产生、放大、变换微波信号和功率的装置，一般要将微波能量与其他能量进行转换。¾天线：辐射或接收电磁波的装置。
Research Institute of Antennas & RF Techniques正是上述装置构成了本课程内容。
当然，RF/MW应用还涉及其他重要方面，如：
¾电波传播
¾RF/MW测量
¾RF/MW仿真与计算
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o u t h C h i n a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y 尽管很重要，由于课时有限，本课程不讲授。
Research Institute of Antennas & RF Techniques
1.6 本课程要求与建议
S o u t h C h i n a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y 成绩评定与作业要求¾作业30%，期未考试70%。¾每周交一次作业，课件从网上下载 参考书籍¾[1] 李绪益微波技术与微波电路，华南理工大学出版社，2007，（教材，习题）¾[2] R. Ludwig, P. Bretchko, RF circuit Design –Theory and Applications, 电子工业出版社（中、英本），2004。
¾[3] P. M. Pozar, Microwave Engineering, (Third edition), 电子工业出版社（中、英本），2006。
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教学方法y g o l o n h c e T o f y i t s r e v i n U a n i h C h u t o S
课程特点@概念抽象、数学公式多我们的对策@强调形象化教学@强调原理和设计过程@运用软件实现设计最终的目标@运用软件可以设计典型RF/MW电路
Research Institute of Antennas & RF Techniques¾¾¾
学习方法y g o l o n h c e T o f y i t s r e v i n U a n i h C h u t o S
¾大处着眼@始终把握每讲内容在整体课程中的地位。@始终把握所学元器件在RF/MW系统中的地位。@从原理上掌握每一元器件的机理、功能和作用。¾小处着手@熟练掌握具有代表性的理论、公式、推导。@熟悉几种具有代表性的元器件的设计过程，并能完成典型电路设计。@从小入手，举一反三，触类旁通，从而在有限的学时内，最大限度地掌握RF/MW电路与天线的理论与设计。
Research Institute of Antennas & RF Techniques
建议y g o l o n h c e T o f y i t s r e v i n U a n i h C h u t o S
给自己定个目标：上、中、下。在所定目标下，制成学习方案和精力分配。¾上：出色完成课程学习, 掌握尽可能多的细节。¾中：较好完成课程学习，掌握课堂所授主要内容。¾下：基本完成课程学习，掌握课堂所授基本内容。“不抛弃，不放弃”。
Research Institute of Antennas & RF Techniques无论定怎样的目标，
小结1y g o l o n h c e T o f y i t s r e v i n U a n i h C h u t o S
射频/微波的基本概念与特点射频/微波的简史课程内容设置本课程的要求与建议
Research Institute of Antennas & RF Techniques
习题1y g o l o n h c e T
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