《传输线理论》ppt课件

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1、第三章传输线理论1第三章3.0引言传输线是引导电磁波的装置。常见的传输线有：平行双线同轴电缆2第三章圆波导矩形波导微带线传输线用途：传递微波信息构成微波元件传送微波能量3第三章按工作模式分类：TEM波导传输线表面波TEM波传输线的主要结构形式：平行双线同轴线微带线(准TEM波）4第三章TEM波传输线通常采用“路”的分析方法，即：场问题分布参数等效电路传输线方程线上U、I变化规律分析传输特性分布参数是指：在高频工作时，传输线上沿线各处都显著存在电感、电容以及电阻和漏电导。以平行双线为例：5第三章线上电流I产生磁通Φ，Φ/I＝L，可见线上存在电感效应；两导线间存在V，由于C＝Q/V，可知有电容效应

2、；此外，线上还存在损耗电阻和漏电导。这些参数在传输线上是沿线分布的，故称为分布参数。如果分布参数是沿线均匀的，则称该传输线为均匀传输线。6第三章有了分布参数的概念之后，就可将均匀传输线划分为许多无限小线段Δz(Δz«λ),则每一个小线元可看成集总参数电路，其上有：电阻RΔz、电感LΔz、电容CΔz、漏电导GΔz。7第三章其中：L－单位长度来回导线上的电感R－单位长度来回导线上的电阻C－单位长度来回导线间的电容G－单位长度来回导线间漏电导于是线元等效为集总元件构成的Γ型网络，实际的传输线则表示成各线元等效网络的级联。传输线的结构、尺寸、填充介质不同时，其分布参数也不同：8第三章LC9第三章传输线

3、上存在分布电感和分布电容，在高频情况下必须考虑电流、电压的相位滞后效应，所以传输线沿线上的u、i既是时间的函数，又是空间位置的函数，即：10第三章3.1传输线方程及其稳态解1.均匀传输线方程图示一均匀平行双线传输线系统。其中传输线的始端接微波信号源（简称信源），终端接负载。选取传输线的纵向坐标为z，坐标原点位于终端，z的方向由终端指向始端。设在时刻t，位置z处的电压、电流分别为u(z,t)和i(z,t)；而在位置z+Δz处的电压、电流分别为u(z+Δz,t)和i(z+Δz,t)。11第三章Δz上电压u的变化，是由于电阻和电感上有电压降：R上的压降为u=iRΔz，L上的压降为u＝＝12第三章在位

4、移Δz上电流I的变化，是由于漏电导和电容的分流：G上i＝uGΔz,C上i＝于是得到13第三章式中Δu、Δi取正号，表示沿－z方向电压降低，电流减少。上式两边同除以Δz，并令Δz0，得均匀传输线方程：14第三章对于时谐电压和电流，可用复振幅表示为：于是均匀传输线方程可改写为：15第三章工作在微波频段的低耗传输线一般有：R<<ωL，G<<ωC。此时可略去R、G，上式变成：称为均匀无耗传输线方程。16第三章2.均匀无耗传输线方程的解均匀无耗传输线方程第一式两边对z求导，有同理，第二式两边对z求导，得17第三章于是得均匀无耗传输线的波动方程：将上式写成18第三章式中是传输线上导行波传播的相位常数。该波

5、动方程第一式的通解为将U(z)代回均匀无耗传输线方程第二式：19第三章得令20第三章于是得到传输线上距终端负载z处的电压电流：这是电压、电流的复数表示式。传输线上电压和电流的瞬时值表达式为：21第三章由线上电压、电流的表达式可知：22第三章（1）线上任一点的电压（电流）均由入射波和反射波的电压（电流）叠加而成。（2）因为z是由终端起算的，随z增加相位不断超前，代表入射波；随z增加相位不断滞后，表示反射波。23第三章下面求待定系数：由边界条件决定，应用最多的情况是已知终端的。以代入式24第三章得整理得25第三章所以在已知终端负载的情况下，沿线的电压、电流分别为：26第三章分别代入U(z)和I(z

6、)式，得利用27第三章上式可改写为：有了沿线的电压电流分布，我们就可以分析传输线的传输特性。28第三章3.传输线的特性参数1）特性阻抗传输线上入射波电压与入射波电流的比值，即——传输线的特性阻抗，单位为Ω。其倒数称为特性导纳，用表示。29第三章由可知均匀无耗传输线的特性阻抗是个实数。值得注意的是：特性阻抗虽然是阻抗量钢，但与真实电阻不同，它不消耗能量。传输线的特性阻抗与传输线的结构尺寸和填充的介质有关：对于导线半径为r、两导线中心距为D的平行双导线传输线，其特性阻抗为30第三章对于内、外导体半径分别为a、b的无耗同轴线，其特性阻抗为式中，为内、外导体间填充介质的相对介电常数。常用的同轴线传输线

7、的特性阻抗有50Ω和75Ω二种。31第三章2）相速与波长传输线上的相速定义为电压、电流入射波(或反射波）等相位面沿传输方向的传播速度，用表示。由等相位面的运动方程两边对t微分，有32第三章传输线上的波长λ与空间的波长有以下关系：对于均匀无耗传输线来说，由于β与ω成线性关系，故导行波的相速与频率无关，称为无色散波。当传输线有损耗时，β不再与ω成线性关系，使相速与频率有关，这称为色散特性。33第三章3