电磁场与微波技术-ch9

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1、研究生课程电磁场与微波技术ElectromagneticFieldsandMicrowaveTechnology教师：孙保华学时：46学时学分：3.0学分西安电子科技大学·电子工程学院2传输线基本理论引言微波是指频率从300MHz-3000GHz范围内的电磁波，相应的波长范围是1m-0.1mm。其中工程上还划分成许多分波段，如L(1-2GHZ)，S(2-4GHz)等。波长的简易算法300[]mfMHz[]频段分布567891011121314310310310310310310310310310

2、310VHFUHF长波中波短波微波远红外红外可见光西安电子科技大学·电子工程学院3传输线基本理论微波与一般的广播通信频率相比，由于频率高、波长短，具有良好的穿透性和独特的大气传播特性，以及使用频带宽、易产生、易定向等特点。微波已深入人们生活的各个角落，得到了广泛的应用。一般讲，微波技术研究的主要内容包括微波的产生、传输、变换、测量与应用等。作为微波技术基础，我们主要讨论一些最基本的问题，包括各种类型的传输线、谐振器的原理和分析方法，微波网络和常用的微波元件等。它是进一步学习或研究微波工程问题的基础。课本：微波技术基础

3、廖承恩编著，参考书：微波工程DavidM.Pozar。等。西安电子科技大学·电子工程学院4传输线基本理论传输线方程及其求解微波传输线是能够传递微波能量和信息的各种传输系统的总称，基本要求是损耗小、失真小，此外还有功率容量的要求。常用的微波传输线可分为如下几类：1）TEM波及准TEM波传输线，如同轴线、双导线、微带线和带状线等，共同特点是在传输方向上电场或磁场分量为零或很小。微带线同轴电缆线西安电子科技大学·电子工程学院5传输线基本理论2）波导传输线，如矩形波导、园波导、椭圆波导、脊波导等。其结构为截面形状各异的空管子，可

4、传输TE波和TM波。3）特殊的微波传输线，如介质波导传输线、槽线、波束波导等。随着人们的不断研究，近年来还出现了一些新的传输线形式。矩形波导园形波导西安电子科技大学·电子工程学院6传输线基本理论尽管各种传输线差异很大，但他们之间却存在共同的特性，概括起来：1）线长与波长相比拟；2）分布参数的影响起决定作用；3）电磁能量以波动方式沿线传播。正是由于这些共性，我们可以一种传输线形式，比如简单的平行双线传输线，讨论和建立传输线的一些基本理论和概念，这些基本理论对所有的传输线都适用。此外，我们通过传输线基本理论的学习，可以搭起电路分

5、析和电磁场分析之间的桥梁，更好地认识电磁和电路现象的本质。西安电子科技大学·电子工程学院7传输线基本理论传输线的电路模型和分布参数在微波频段，导线的分布参数影响已不能忽略，包括1）分布电感—在导线上流过时变电流，在电流周围产生磁场，磁场与电流相交链，形成沿线分布的自感和互感感，即分布电感。LdzD平行双导线单位长度分布电感为22DDdLHln[/m]d西安电子科技大学·电子工程学院8传输线基本理论2）分布电容—导线上流过时变电流产生电场，在电场作用下导体表面存在电荷，这种相互影响等效为一个电容，即分布电容。

6、dzDC利用前边学过的静电场知识，我们可以计算出单位长度上平行双导线分布电容值，有CF[/]m22DDdlnd西安电子科技大学·电子工程学院9传输线基本理论3）分布电阻—导线上流过时变电流产生电场，由于实际的导线不是理想导体，导线呈现一个沿线电阻，即分布电阻。由于趋肤效应，使得高频时的电阻比直流或低频时更大。平行双线单位长度分布电阻为2Rm[/]d24）分布电导—介质为非理想介质时，导线间存在漏电流，其效应可等效为分布电导，对于平行双线GS[/]m22DDdlnd西安电子科技大学·电子

7、工程学院10传输线基本理论接前页，上述四个参数是微波传输线的基本电气参数，根据这些参数可以得到传输线的电路模型。首先，取一段无限小的线元zz()，则等效电路如下zLzRzGzCz西安电子科技大学·电子工程学院11传输线基本理论传输线方程izt(,)LzRziz(,zt)对于等效电路中一个小的vzt(,)GzCz线元，我们利用基尔霍夫电压和电流定律，我们得到vz(,zt)izt(,)vztRziztLz(,)(,)vz(zt,)0tvz(,zt)i

8、ztGz(,)vzztCz(,)izzt(,)0t西安电子科技大学·电子工程学院12传输线基本理论当线元z0时，我们可以用微分代替差分，将电流和电压方程进行改写，即vz(,ztvzt)(,)(vzt,)zziz(,ztizt)(,)(i