第二章 传输线理论

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1、微波技术基础(2007版)教材《微波工程》第三版(DAVIDM.POZAR)课程内容一概述二传输线理论三传输线和波导四微波网络分析五阻抗匹配和调谐六微波谐振器概述1什么是微波2微波技术发展的简史(自学)3微波技术的应用(自学)4本课程与相关课程的关系5本课程的要求和学习方法建议微波就是频率在300MHz~300GHz的电磁波。UHF300MHz~3GHzKa26~40GHzL1~2GHzU40~60GHzS2~4GHzV50~75GHzC4~8GHzE60~90GHzX8~12GHzW75~110GHzK12~18GHzF90~140GH

2、zKu18~26GHz1什么是微波微波频段的划分1（美国标准）微波频段的划分2（国际标准、单位为GHz）UHF0.3～1.12Ka26.5~40L1.12～1.7Q33~55Ls1.7～2.6U40~60S2.6～3.95M50~75C3.95～5.85E60~90Xc5.85~8.2W75~110X8.2~12.4F90~140Ku12.4~18G140~220K18~26.5R220~3252微波技术发展的简史麦克斯韦方程；20世纪初，无线电技术（HF和VHF）；20世纪40年代，雷达，迅猛发展;而后，微波通信开始发展；至今，微波技术

3、渗透到生活的方方面面微波技术是研究微波信号的产生、传输、变换、发射、接收和测量的一门学科3微波技术的应用微波具有如下四个主要特点：1)似光性；2)频率高；3)能穿透电离层；4)量子特性。波粒二象性，穿透、反射、吸收微波技术的主要应用：1)在雷达上的应用；2)在通讯方面的应用；3)在科学研究方面的应用；4)在生物医学方面的应用；5)微波能的应用。利用电磁波探测目标的电子设备。发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。4本课程与相关课程的关系数学物理方程电磁场理论电路基础

4、微波技术非线性微波电路电路与系统微波半导体微电子技术线性微波电路天线要求:掌握明确的基本概念掌握基本的解决问题的方法5本课程的要求和学习方法建议学习建议:注意基本概念、特别是陌生和容易混淆的概念通过习题和实验来巩固和深化课堂的知识多讨论、有问题及时答疑第二章传输线理论为什么要提出传输线理论？传输线理论与电路理论的根本差别？重要的基本概念及其相互之间的关系。传输线的集总元件电路模型、传输线方程的建立。传输线方程的解及其意义，传输线上波是怎样传播的。表征传输线特性的参量及其基本计算方法。端接负载对传输线工作状态的影响、描述传输线工作状态的参量

5、及其之间的关系。SMITH阻抗圆图构成，与传输线理论的关系、阻抗圆图的应用。阻抗匹配的基本概念及其重要性。2.1传输线的集总元件电路模型1.电路理论和传输线理论之间的关键差别“电尺寸”电路理论：网络或元器件尺度远小于电波波长传输线理论：传输线尺度与波长是可比拟的。2.常用的微波传输线微波TEM传输线波导3.传输线的集总元件电路模型电压的空间变化是由电流的时间变化产生的，电流的空间变化是由电压的时间变化产生的，这是典型的波动方程的特征，预示着在传输线上电压和电流是以波的形式沿传输线传播。4.传输线方程(电报方程)及其意义2.1.1传输线上波

6、的传播1.电压和电流的波动方程由传输线方程可以看出，在传输线上，电压和电流是以波的形式传播。传输线方程的解说明，传输线上存在着向+z和-z两个方向传输的波，即入射波和反射波。2.传输线方程的解及其意义3.特征阻抗、传播常数与波长特征阻抗（特性阻抗）特征阻抗的倒数称为特征导纳，即传输线的特征（特性）阻抗在数值上等于入射电压和入射电流的比值或反射电压和反射电流比值的负值，即特征阻抗是反映传输线特性的量，与传输线的结构有关，千万不要与一般概念上的阻抗相混淆。注意！注意:在传输线上提到的波长，往往是指的是传输线的波导波长，它与自由空间的波长不一定

7、相同，因此对应的相速也不相同。传播常数、波长与相速2.1.2无耗传输线无耗传输线，有上式说明，只要求出传输线的单位长度电感、电容和相速三者中的两个，就可以求出传输线的特征阻抗。即由此可知传输线的特征阻抗有波长和相速：当传输线为无耗时，电压和电流在传输线上沿传输方向只有相位的滞后，没有振幅的衰减。传输线方程的一般解为2.2传输线的场分析单位电感2.2.1传输线参量—传输线参量计算的一般公式单位长电容单位长电阻单位长电导2.2.2由场分析导出同轴线的电报方程1、分析前提：同轴线内外导体为理想导体；波传输方向为z方向；填充介质的介电常数为复数。

8、2、同轴线的特点：传输主模TEM模无纵向场分量，即Ez=Hz=0结构为角对称，即场量随角度φ无变化。圆柱坐标系的旋度表达式3、圆柱坐标系中的旋度方程4、同轴线TEM模的麦克斯韦旋度方程由麦克斯