A 第2.1章 传输线理论

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1、第二章传输线理论§2.1传输线方程§2.2传输线上的基本传输特性§2.3无耗线工作状态分析§2.5史密斯圆图§2.4有耗线§2.6阻抗匹配第二章传输线理论微波传输线微波传输的最明显特征是别树一帜的微波传输线，例如，双导线、同轴线、带线和微带等等。我们很容易提出一个问题：微波传输线为什么不采用50周(50赫兹）市电明线呢?低频电路有很多课程，唯独没有传输线课程。理由很简单：只有两根线有什么理论可言？这里却要深入研究这个问题。第二章传输线理论能否用一般的导线来传输微波能量？一般的导线为什么不能用来传输微波能量？这是因为在微波频段，一般的金属都是良导体，其中的电磁波具有集肤效应。集肤效应

2、导致两个问题（I）需要较大尺寸（甚至不可思议的巨大尺寸）才可以有效传播电磁波；低频情况高频情况电荷分布第二章传输线理论集肤效应导致电荷在导体壁上拥挤，因此实际传导面积大大减少，从而电阻剧烈增加，导致传输损耗增加。例如，从直流到10GHz其损耗会增加1500倍，而如果要达到相同的损耗，必须扩大导线的直径。低频情况高频情况使有电荷分布的截面积相等第二章传输线理论可以计算的出，此时传输线的直径应为6.06m，这是超过人民大会堂的主柱的，2米高的实心微波传输铜柱约514吨重(铜比重是8.9T/m3)，按我国古典名著《西游记》记载：孙悟空所得的金箍棒是东海龙王水晶宫的定海神针，重10万8千斤

3、，即54吨。而这里的微波柱是514吨，约9根金箍棒的重量，估计孙悟空是无法拿动的!（II）浪费导体材料：柱内部几乎无物，并无能量传输。因此微波传输必须采用自己的方式。第二章传输线理论看来，微波传输线必须走自己的路。每一种事物都有自己独特的本质，硬把不适合的情况强加给它，必然会出现荒唐的结论。微波能量似乎要尽力挣脱传输线的束缚，从线中跳到广阔的空间中来，用一句古诗来形容正是：“满园春色关不住”而解决办法正是下一句：“一支红杏出墙来”既然关不住，干脆因势利导，就让它在空间中传输，但是，却不能完全没有限制。第二章传输线理论这时，使我们更加明确了GuideLine的含义，导线只是起到引导的

4、作用，而实际上传输的是周围空间(Space)(但是，没有GuideLine又不行)。最简单而实用的微波传输线是双导线，它们与低频传输线有着本质的不同：功率是通过双导线之间的空间传输的。第二章传输线理论用以约束或引导电磁波能量定向传播的结构。1．导行系统广义传输线①主要功能馈线构成微波电路元件谐振器、阻抗变换器、滤波器、定向耦合器等要求无辐射传输能量第二章传输线理论②分类TEM或准TEM传输线封闭金属波导表面波波导（开波导）双导线、同轴线、带状线、微带线等矩形、圆形等介质波导、介质镜像线、单根线等第二章传输线理论第二章传输线理论③要求损耗小传输功率大工作频带宽(合适）尺寸小第二章传输

5、线理论2．导行波导波：沿导行系统定向传输的电磁波传输线封闭金属波导开波导TEM波or准TEM波限制电磁波的能量在金属之间的空间传播完全限制电磁波在金属管内传播表面波TE波orTM波约束电磁波在波导结构的周围沿轴向传播第二章传输线理论§2.1传输线方程源天线传输线源终端路的方法沿线用等效电压和等效电流的方法传输线传输高频或微波能量的装置(Transmissionline)传输线理论长线理论第二章传输线理论1）长线理论传输线的电长度：传输线的几何长度l与其上工作波长l的比值（l/l）。l/l>0.05l/l<0.05当线的长度与波长可以比拟当线的长度远小于线上电磁波的波长长线Longl

6、ine短线Shortline第二章传输线理论短线ll输入电压uin输出电压uout≈uin集总参数电路表示对于低频信号，如交流电源，其频率为50Hz，波长为6×106米，即6千公里。一般电源线的距离为几十公里(短线）。分布参数所引起的效应可忽略不计。所以采用集总参数电路进行研究。第二章传输线理论l长线ll输入电压uin输出电压uout≠uin分布参数电路表示第二章传输线理论当线上传输的高频电磁波时，传输线上的导体上的损耗电阻、电感、导体之间的电导和电容会对传输信号产生影响，这些影响不能忽略。2）传输线的分布参数(Distributedparameter)第二章传输线理论④分布电容：

7、导线间有电压，导线间有电场。Cl为传输线上单位长度的分布电容。高频信号通过传输线时将产生分布参数效应：①分布电阻:电流流过导线将使导线发热产生电阻；Rl为传输线上单位长度的分布电阻。②分布电导：导线间绝缘不完善而存在漏电流；Gl为传输线上单位长度的分布电导。③分布电感：导线中有电流，周围有磁场；Ll为传输线上单位长度的分布电感。第二章传输线理论不均匀传输线均匀传输线沿线的分布参数Rl，Gl，Ll，Cl与距离无关的传输线沿线的分布参数Rl，Gl，Ll，Cl与距离有关的传