射频中的金属线的作用

  。实际上,在低频情况下,这些寄生参数很小,可忽略不计。当工作频率进入范围内时,情况就大不相同。金属导线不仅仅具备自身的电阻和电感或电容,而且还是频率的函数。寄生参数对电路工作性能的影响十分明显,必须仔细考虑,谨慎设计,才能得到良好的结果。下面研究金属导线电阻的变化规律。 设圆柱状直导线的半径为a,长度为l,材料的电导率为σ,则其直流电阻可表示为

  对于直流信号来说,可以认为导线的全部横截面都可拿来传输电流,或者电流充满在整个导线横截面上,其电流密度可表示为

  但是在交流状态下,由于交流电流会产生磁场,根据法拉第电磁感应定律,此磁场又会产生电场,与此电场联系的感生电流密度的方向将会与原始电流相反。这种效应在导线的中心部位(即r=0位置)最强,造成了在r=0附近的电阻明显地增加,因而电流将趋向于在导线外表面附近流动,此现状将随频率的升高而加剧,这就是通常所说的“集肤效应”。进一步研究表明，在射频（f≥500MHz）范围此导线相对于直流状态的电阻和电感可分别表示为

  集肤深度与频率之间满足平方反比关系,随频率的升高,集肤深度是按平方率减小的

  式中,p2=-jωμσ,J0(pr)和J1(pa)分别为0阶和1阶贝塞尔函数,I是导线表示交流状态下铜导线横截面电流密度对直流情况的归一化值。图2-2表示半径a=1mm的铜导线在不同频率下的Jz/Jz0相对于r的曲线。

  由图2-2能够准确的看出,在频率达到1MHz左右时,就已然浮现非常严重的集肤效应,当频率达到1GHz时电流几乎仅在导线表面流动而不能深入导线中心,也就是说金属导线的中心部位电阻极大。 金属导线本身就具有一定的电感量,这个电感在射频/微波电路中,会影响电路的工作性能。电感值与导线的长度形状、工作频率有关。

  工程中要谨慎设计,合理使用金属导线的电感。 金属导线可以看作一个电极,它与地线或其他电子元件之间有一定的电容量,这个电容对射频/微波电路的工作性能也会有较大的影响。对导线寄生电容的考虑是射频/微波工程设计的一项主要任务。 金属导线的电阻、电感和电容是射频/微波电路的基本单元。工程中,严格计算这些参数是没有必要的,关键是掌握存在这些参数的物理概念,合理地使用或回避,实现电路模块的功能指标。

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