第二章传输线理论1.ppt

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1、第二章长线理论长线理论(传输线理论)又称一维分布参数电路理论，是微波电路设计和计算的理论基础。本章从“路”的观点出发，研究微波传输线的基本传输特性，讨论用SMITH园图进行计算和阻抗匹配的方法。第一节传输线的基本概念一、传输线及其种类传输线用来传输电磁能量的装置。由传输系统引导，向一定方向传播的电磁波称为导行波。微波传输线与低频传输线的不同点：1.微波传输线种类繁多,按其所传输的导行波型可分为三大类：(1)TEM波(包括准TEM波)传输线图2-1TEM波传输线(a)平行双导线(b)同轴线(c)带状线(d

2、)微带属双导体系统，其频带宽，但在高频段传输电磁能量损耗较大。(2)金属波导传输线,其传输模为TE、TM波。图2-2波导传输线(e)矩形波导(f)圆形波导(g)脊形波导(h)椭圆波导属单导体传输系统，又称色散波传输线。具有损耗小、功率容量大、体积大、频带窄等特点。(3)表面波传输线图2-3表面波传输线(i)介质波导(j)镜像线(k)单根表面波传输线主要用于传输表面波,电磁能量沿传输线的表面传输。具有结构简单、体积小、功率能量大等优点。2.微波传输线不仅能传输电磁能量,还可用来构成各种微波元件(如谐振腔、滤

3、波器、阻抗匹配器、定向耦合器等)。这与低频传输线截然不同。当传输线的横向尺寸比信号波长小得多、而轴向尺寸(即长度)远比信号波长大时,可将传输线看成一维分布参数电路。本章讨论的是指传输TEM波的传输线，可用双导线模型进行分析。二、分布参数概念1.长线与短线相对长度l/称为传输线的电长度。通常，当：l/0.05,即几何长度与工作波长可比拟或更长的称为长线；l/<0.05,即几何长度与工作波长相比可忽略不计的为短线。例如：传输3GHz(=10cm)的同轴线l=0.5m,输送市电的电力传输线(f=50H

4、z,=6000km)，长达几千米，为长线。为短线。图2-4电流(电压)沿线分布图用图2-4所示线上电压(或电流)随空间位置分布状况来说明长、短线的区别:图(a)为半波长的波形图,AB<

5、区别还在于：长线为分布参数电路,短线为集中参数电路。低频电路中,电路元件参数(R、L、C)基本上都集中在相应的元件(电阻、电感器、电容器)中，称为集中参数。电路中还存在着元件间连线的电阻、电感和导线间的电容等，称为分布参数。低频电路中,分布参数的量值与集中参数相比，微乎其微,可忽略不计。低频传输线为短线,在电路中只起连接线作用。低频电路为集中参数电路。2.分布参数与分布参数电路分布电路参数模型分布参数和集总参数长线f高，电路元件损耗电场能量和磁场能分布在空间——分布参数。量分布在空间——分布参数。辐射导体

6、介质短线f低，C：电场能量；L：磁场能量；R：消耗电磁能量；忽略元件连接线的分布参数效应——集总参数高频信号通过传输线时会产生以下分布参数：导体周围高频磁场→串联分布电感；两导体间高频电场→并联分布电容；导线有限，高频电流趋肤效应→分布电阻；导体间非理想绝缘→漏电→并联分布电导。当双导线工作在微波波段时，分布参数的影响不容忽视。例：设双导线的分布电感L0=0.999nH/mm，分布电容C0=0.0111pF/mm;工作在f=50Hz时引入的串联电抗、并联导纳：XLf=50Hz=L=2fL0=314

7、10-3/mmBcf=50Hz=C=2fC0=3.4910-12S/mm当频率升到5000MHz时：XLf=5000MHz=L=2fL0=31.4/mmBcf=5000MHz=2fC0=3.4910-4S/mm后者是前者的一亿倍，其分布参数效应不容忽视。微波传输线,其电路参数(R、L、C、G)及电路物理量(u、i)，都是沿线分布的(是z，t的函数)，称之为分布参数电路，必须用传输线理论来研究。三、均匀传输线及其等效电路传输线上处处存在分布电阻、分布电感、线间处处存在分布电容和漏

8、电电导。根据传输线上分布参数均匀与否，可将传输线分为均匀传输线和非均匀传输线。本章只限于研究均匀传输线。1.均匀传输线(均匀长线)：分布参数沿线均匀分布，与位置无关。2.均匀传输线的分布参数：分布电阻R0(/m)：单位长度传输线段的总电阻值。与导线的材料及截面尺寸有关，理想导体的R0=0。分布电导G0(S/m)：单位长度传输线段的并联电导值。与导线周围介质材料的损耗角有关，理想介质的G0=0。分布电感L0(H/m)：单位长度