现代电子测量理论及应用第四章传输线

《现代电子测量理论及应用第四章传输线》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第四章传输线通常，传输线用于将测试和测量仪器连接到被测电路。利用传输线可以控制高频系统中不可避免的电感与电容效应。同轴线是低频段测量中一种非常常用的传输线，它可为被测信号提供良好的屏蔽,到微波段或更高频段时波导将更为适用。§4-1对传输线的要求1．当连接直流电路：主要关心的是线的电阻。根据欧姆定律，当电流流过电阻不为零的导线时，会产生电压降。就严格的直流电压和电流而言，不涉及电感和电容。2．当连接交流电压和电流的电路：导线的电感和电容开始发挥作用。一般导线都有自感和相对其它邻近导体的电容，频率越高，感抗和容抗的效应越显著。如

2、果不加以控制，这些效应可能通过对激励电路的加载、造成线路的反射等方式使信号畸变。利用传输线来控制不可避免的电感和电容，可以解决这些问题。3．信号不会无限快地沿线行进，从一处传向另一处时，信号要用一定的时间。●对于连接很短（相对于所关心的波长而言）的电路与系统，这种影响通常可忽略不计。●当信号频率和（或）线的长度增加时，沿线路的延迟变得重要起来。信号沿线路传输时，还会遇到对信号呈现的阻抗变化。在阻抗不连续的每一处，信号会被全部或部分地反射，导致对激励电路呈现某一未知的或不希望有的阻抗。●通过适当的端接，在传输线的每一端都可提供

3、一已知的阻抗。当信号源所加载的阻抗等于其输出阻抗时，可使所设计的系统有最大的功率传输。§4-2分布模型1．长线上不可避免的电感和电容在传输线中可作为优点加以利用，这些电抗受到控制，使得信号沿线行进时看到的是恒定的阻抗。2．任意一小段传输线的电路模型如图4.1a所示。传输线含有若干串联电感（L）和两导体间的电容（C）。电路模型中还包括与传输线中损耗相关的串联电阻（R）和分流电导（G）。所有的电路参数都归一化到单位长度上（例如，电感的单位是H/m）。图4.1（a）一小段传输线的电路模型，（b）传输线的电路模型，（c）无耗传输线的

4、电路模型图4.1a所示电路模型表示一段极短的传输线，一条有限长度的传输线可以用大量的这种段落首尾相连的模型表示（图4.1b）。如果假定传输线是无耗的（R=G=0），则从该模型中去掉电阻元件（图4.1c）。3．单位长度上的电容和单位长度上的电感取决于传输线的物理结构。导体间材料的介电常数和传输线的几何尺寸等许多因素都会影响传输线的电气性能。§4-3特性阻抗向一无限长无耗传输线末端看过去的阻抗称之为特性阻抗Z0（这里规定传输线为无限长是为了避免因来自线的另一端的反射造成阻抗的任何变化）（无耗传输线）（4-1）§4-4传输速度电磁

5、波在自由空间以光速传输。在传输线中，通常有减慢传输速度的介质材料，传输速度可由下式给出：Vp=kvC（4-2）式中：kv为速度因子，C为自由空间中的光速（约为3×108m/s）。速度因子将传输系数简单地表示为相对于自由空间光速的百分数，视传输线中介质材料的不同，速度因子在0与1之间取值。通常，电缆制造厂家用以百分数表示的速度因子给出传输速度，kv的典型范围是从60%到90%。§4-5发生器、传输线和负载考虑如图4.2所示的发生器和负载。该发生器产生一个1V的阶跃信号，并具有等于Z0的输出阻抗。这个发生器通过极短的线连接到Z0

6、负载，因此不存在传输线效应。在同一瞬间发生器的电压由0V到1V，负载电阻上的电压从0V到0.5V，注意：由于分压器效应，负载电压是发生器电压的一半。图4.2Z0发生器激励Z0负载1．Z0负载如果在发生器和负载之间插入传输线，则情况将有所改变（图4.3a）。图4.3(a)Z0发生器通过传输线激励Z0负载,(b)电压沿传输线行进时要用一定的时间当发生器电压由0V变到1V时，在传输线的发生器端，正向（入射）电压将增大。因为发生器所看到的是线的Z0阻抗，此入射电压等于发生器电压的一半。这个电压以传输速度沿传输线行进，直至到达负载处。

7、由于负载阻抗等于线的特性阻抗，故不会产生反射，该入射电压被负载所“吸收”。当电压波沿传输线行进时，系统中存在着时延（图4.3b）这种情况与前面的例子不同，在前例中，假设传输线很短，使得负载电压可以瞬时跟上发生器电压的变化。注意在两种情况下负载电压的最终值相同。在传输线效应稳定下来以后，直流电压应当是一致的。图4.3中所示系统具有两端匹配的传输线，即传输线在发生器端和负载端所看到的阻抗都是Z0。这就消除了任何可能的反射，且通常是仪器使用中希望出现的情况。但是，发生器和负载的阻抗也可能不是Z0，因而还必须考虑其它情况。2．非Z0

8、负载假定用某一其它值的负载取代Z0负载（图4.4a）。图4.4（a）Z0发生器激励ZL负载，（b）入射波立即在V1处出现并沿线行进到V2，一部分被反射回源，在反射波反向行进到源后，它在V1处出现。与Z0负载时的情况相比，0.5V的入射电压出现在传输线的发生器端。由于发生器起初只看到线的Z0