传输线理论和阻抗匹配(吉大通信)

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1、第1章传输线理论与阻抗匹配内容：1.1传输线的构成1.2传输线等效电路表示法1.3传输线方程及其解1.4传输线的基本特性参数1.5均匀无耗传输线的工作状态1.6信号源的功率传输和有载传输1.7SMITH圆图1.8阻抗匹配与调谐1.9有耗传输线传输线是用以从一处至另一处传输电磁能量的装置。传输线理论是分布参数电路理论，它在场分析和基本电路理论之间架起了桥梁。随着工作频率的升高，波长不断减小，当波长可以与电路的几何尺寸相比拟时，传输线上的电压和电流将随空间位置而变化，使电压和电流呈现出波动性，这一点与低频电路完全不同。传输线理论用来分析传

2、输线上电压和电流的分布，以及传输线上阻抗的变化规律。在射频频段，基尔霍夫定律不再适用，必须使用传输线理论取代低频电路理论。本章主要从路的观点出发，以平行双导线为例阐述传输线理论。1.1传输线的构成传输线的构成传输线主要从两方面考虑其构成：一是从电性能方面考虑，有传输模式、色散、工作频带、功率容量、损耗等几个指标；二是从机械性能方面考虑，有尺寸、制作难易度、集成难易度等几个指标。1.传输线的电性能从传输模式上看，传输线上传输的电磁波分三种类型：（1）TEM波（横电磁波）：电场和磁场都与电磁波传播方向相垂直.EZ=HZ=0（2）TE波（横电

3、波）：电场与电磁波传播方向相垂直，传播方向上有磁场分量.EZ=0,HZ≠0（3）TM波（横磁波）：磁场与电磁波传播方向相垂直，传播方向上有电场分量.HZ=0,EZ≠0常用的TEM波传输线有平行双导线、同轴线、带状线和微带线（传输准TEM波）等，属于双（多）导体传输线，如图所示。常用TEM波传输线平行双导线同轴线带状线微带线TEM波传输线TEM波传输线常用的TE波、TM波传输线，属于单导体传输线，如：金属波导、介质波导。(1)金属波导：矩形波导圆波导脊波导椭圆波导(2)介质波导：TE波、TM波传输线(1)射频电路的传输线上只传输TEM波或

4、准TEM波。特点：TEM传输线无色散。（色散：电磁波的传输速率与频率有关）。TEM传输线的工作频带较宽，0~几GHz。TEM传输线的功率容量和损耗应能满足射频设计要求。但TEM传输线高频能量损耗大。(2)微波电路的传输线上还传输TE波、TM波，以及TE/TM混合波，使用波导。特点：TE或TM传输线高频能量损耗小，功率容量大，但体积大，频带窄。TEM波、TE/TM波传输线特点2.传输线的机械性能传输线的机械性能包括物理尺寸、制作难易度、与其他元器件相集成的难易度等指标。出于上述机械性能的考虑，传输线有平面化趋势。平行双导线同轴线带状线微带

5、线1.2传输线等效电路表示法1.2.1长线传输线理论是长线理论。传输线是长线还是短线，取决于传输线的电长度而不是它的几何长度。电长度定义为传输线的几何长度l与其上工作波长λ的比值。当传输线的几何长度l比其上所传输信号的工作波长λ还长或者可以相比拟时，传输线称为长线；反之则可称为短线。长线和短线是相对的概念，在射频电路中，传输线的几何长度有时只不过几厘米，但因为这个长度已经大于工作波长或与工作波长差不多，仍称它为长线；相反地，输送市电的电力线，即使几何长度为几千米，但与市电的波长（6000km）相比，还是小许多，所以还是只能看作是短线。电

6、路理论与传输线理论的区别，主要在于电路尺寸与波长的关系。电路分析中网络与线路的尺寸比工作波长小很多，因此可以不考虑沿线各点电压和电流的幅度和相位变化，沿线电压和电流只与时间因子有关，与空间位置无关，这符合基础电路理论。举例TEM波传输线上电磁波的相速度为是工作频率，是传输线上电磁波的波长。例如，对于带状线，当射频频率是1GHz，两接地导体板间介质的=9.5时，带状线是长线还是短线？分析：波长与带状线的尺寸差不多，用长线理论分析。传输线属长线，沿线各点的电压和电流（或电场和磁场）既随时间变化，又随空间位置变化，是时间和空间的函数，传输线上

7、电压和电流呈现出了波动性，所以长线用传输线理论来分析。传输线理论是对长线而言的，用来分析传输线上电压和电流的分布，以及传输线上阻抗的变化规律。在射频频段，必须使用传输线理论取代电路理论。传输线理论是电路理论与电磁场波动理论的结合，传输线理论可以认为是电路理论的扩展，也可以认为是电磁场波动方程的解。1.2.2传输线的分布参数由电磁场理论知，当高频信号通过传输线时，会产生下列分布参数：导线流过电流时，周围会产生高频磁场，因而沿导线各点会存在串联分布电感；两导线间加上电压时，线间会存在高频电场，于是线间会产生并联分布电容；电导率有限的导线流过

8、电流时会发热，而且高频时由于趋肤效应，电阻会加大，即表明线本身有分布电阻；导线间介质非理想时有漏电流，这就意味着导线间有分布漏电导。这些分布参数在低频时的影响较小，可忽略；而在高频时引起的沿线电压、电流幅度