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时间:2020-02-03
《电磁场与微波技术 第4章.ppt》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第4章传输线理论传输线方程和传输线的场分析方法4.1传输线的基本特性参数4.2均匀无耗传输线工作状态分析4.3传输线的阻抗匹配4.6史密斯阻抗圆图和导纳圆图4.5有耗传输线4.4常用的传输线有平行双导线、同轴线、带状线和微带线(传输准TEM波)等,如图4.1所示。图4.1常用TEM波传输线4.1传输线方程和传输线的场分析方法4.1.1长线及分布参数等效电路·分布电阻R。定义为传输线单位长度上的总电阻值,单位为Ω/m。·分布电导G。定义为传输线单位长度上的总电导值,单位为S/m。·分布电感L。定义为传输线单位长度上的总电感值,单位为H/m。·分布电容C。定义为传输线单位长度上的总电容值
2、,单位为F/m。图4.2传输线的等效电路4.1.2传输线方程及其解1.均匀传输线方程图4.3传输线上电压和电流的定义及其等效电路传输线方程(4.3)2.均匀传输线方程的解(4.4)(4.5)γ称为传输线上波的传播常数,一般情况下为复数,其实部α称为衰减常数,虚部β称为相移常数。(4.6)(4.7)图4.4由边界条件确定积分常数(1)已知终端的电压U2和电流I2;(4.9)(2)已知始端的电压U1和电流I1;(4.12)(3)已知电源电动势Eg、内阻Zg及负载阻抗Zl时的解(4.14)式中,4.2传输线的基本特性参数4.2.1特性阻抗(4.25)可见,在无耗或微波情况下,传输线的特性阻抗
3、为纯电阻。平行双导线的特性阻抗(4.26)平行双导线的特性阻抗值一般为250~700Ω,常用的是250Ω、400Ω和600Ω。同理得同轴线的特性阻抗公式为同轴线的特性阻抗值一般为40~100Ω,常用的有50Ω和75Ω。4.2.2传播常数对于无耗线,,对于微波低耗传输线,,(4.28)(4.30)(4.31)(4.32)dB(4.33)(NP)(4.34)1奈培(NP)=8.686分贝(dB)1分贝(dB)=0.115奈培(NP)功率(dBm)=(4.35)显然,0dBm=1mW功率(dBW)=(4.36)30dBm=0dBW4.2.3输入阻抗(4.38)图4.5传输线上的输入阻抗4.2
4、.4反射系数1.反射系数的定义及表示式(4.39)(4.42)图4.6传输线上的入射波电压和反射波电压(4.43)2.输入阻抗与反射系数的关系(4.45)(4.46)(4.47)3.驻波系数和行波系数(4.48)(4.49)VSWR(4.51)(4.52)4.2.5传输功率(4.53)(4.54)(4.55)4.3均匀无耗传输线工作状态分析4.3.1行波工作状态(4.56)(4.58)图4.7行波电压、电流和阻抗的分布图行波有三个特点。(1)沿线各点电压和电流的振幅不变。(2)电压和电流的相位随的增加连续滞后。(3)沿线各点的输入阻抗均等于特性阻抗。4.3.2驻波工作状态1.终端短路当
5、终端短路时,Zl=0,终端反射系数Γ2=-1。(4.59)图4.8终端短路时沿线电压、电流和阻抗的分布图(4.62)2.终端开路(4.63)3.终端接纯电抗负载图4.9终端开路时沿线电压、电流和阻抗的分布图图4.10端接纯感抗和纯容抗沿线电压、电流和阻抗的分布(4.66)驻波有三个特点。(1)沿线电压和电流的振幅是位置的函数,具有波腹点和波谷点。短路线终端为电压的波谷点(零点)、电流的波腹点;开路线的终端为电压波腹点、电流波谷点(零点)。(2)沿线各点的电压和电流在时间上相差π/2,在空间也相差π/2,因此驻波情况下既无能量损耗,也无能量传播。(3)沿线各点的输入阻抗为纯电抗。每过λ/
6、4,阻抗性质改变一次(容性改变为感性,感性改变为容性,短路改变为开路,开路改变为短路);每过λ/2,阻抗性质重复一次。4.3.3行驻波工作状态(4.68)此时输入阻抗为(4.69)(4.70)此时输入阻抗为(4.71)图4.11行驻波沿线分布图例4.2已知均匀无耗长线如图4.12(a)所示,Z0=R1=R2=250Ω。由终端表头指示得到终端电流最大值为1/10A,表头的内阻为0。(1)要使ed段传行波,点d并联长线的负载电阻R等于多少?(2)画出主线及并联支线上
7、U
8、、
9、I
10、和
11、Z
12、的分布曲线,并计算曲线上的极值;(3)电源电压E等于多少?(4)求R1、R2和R吸收的功率。图4.12例
13、4.2用图4.4有耗传输线图4.13有耗线上的入射波和反射波4.4.1有耗传输线的参数及电压、电流和阻抗分布1.有耗传输线的参数(4.74)2.有耗传输线的电压、电流和阻抗分布图4.14有耗开路线沿线电压振幅、电流振幅和阻抗分布4.4.2传输功率和效率1.传输功率(4.82)2.回波损耗(4.83)3.传输效率(4.85)4.5史密斯阻抗圆图和导纳圆图4.5.1史密斯阻抗圆图1.等反射系数圆(4.86)(4.87)图4.15等反射系数模值图4.
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