电信传输原理及应用第二章_传输线理论_1.ppt

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1、第2章传输线理论1、传输线方程和传输线的场分析方法2、传输线的特性参数3、有耗线的特性计算4、史密斯圆图5、阻抗匹配6、微波网络基础返回主目录第2章传输线理论2.1传输线方程和传输线的场分析方法传输线：一种将高频（或微波）能量从一处传输到另一处的装置。(1)横磁波(TM波)，又称电波(E波)：(2)横电波(TE波)，又称磁波(H波)：(3)横电磁波(TEM波)：TEMTETM波导波系统中的电磁波按纵向场分量的有无，可分为以下三种波型(或模)：其中横电磁波只存在于多导体系统中，而横磁波和横电波一般存在于单导体系统中，它们是色散波。传输线的分类TEM或准TEM传输线：金

2、属传输线的分类2封闭金属波导（TE、TM波）2.1传输线方程和传输线的场分析方法长线（longline）几何长度与工作波长λ可比拟，需用分布参数电路描述。短线（shortline）几何长度与工作波长λ相比可以忽略不计，可用集总参数分析二者分界：l/λ>0.01或0.05长线与短线的概念集总参数电路与分布参数电路［例1］50周市电，要做1∶1示波器看相位90°变化的1/4波长，示波器幅面要从西安到北京(约1500km)。因为绕地球一圈只有三个波长。波长长的情况波长短的情况长线分布参数电路考虑分布参数效应短线集中参数电路忽略分布参数效应当频率提高到微波波段时，这些分布效

3、应不可忽略，所以微波传输线是一种分布参数电路。这导致传输线上的电压和电流是随时间和空间位置而变化的二元函数。集总参数电路与分布参数电路分布参数电路工作在“长线”状态长线一般都是传输波长较短频率较高的信号，其上的辐射损耗、导体损耗以及介质损耗很大，因此在高频时传输线的电容、电感、串联电阻和并联导纳等效应都不能被忽略，而且呈现分布特性。以双线/平行线为例：当频率很高时，导线中所流过的高频电流会产生集肤效应，沿线各处都存在损耗，呈现出串联电阻特性；高频电流通过导线，在周围存在高频磁场，呈现出电感特性；两导线之间有电压，两线间存在高频电场，呈现出电容特性；两导线间的介质并非

4、理想介质，存在漏电流，相当于双导线间并联了一个电导，呈现出并联导纳特性。这些特性分布在整个传输线，形成了分布参数电路。分布参数电路分布参数电路常用单位长度的R1、L1、C1、G1来表示长线的分布电阻、分布电感、分布电容、分布电导。一般情况下，称传输信号的长线电路叫分布参数电路，称短线组成的电路为集总（中）参数电路。在低频时分布参数可被忽略。为进一步说明微波传输线中的分布参数是不可忽略的，可比较如下数据。某一双线传输线分布电感为L=1nH/mm，分布电容为C=0.01pF/mm。在低频率f=50Hz时，传输线上每毫米引入的串联电抗和并联电纳分别为:XL=3.14×10

5、e-7Ω/mm，Bc=3.14×10e-12S/mm。可见，低频时分布参数很小，可忽略。当高频率为f=5×109Hz时，XL=31.4Ω/mm，Bc=3.14×10e-4S/mm。显然，此时分布参数不可忽略，必须加以考虑。分布参数电路均匀传输线的分布参数所谓均匀传输线是指传输线的几何尺寸、相对位置、导体材料以及周围媒质特性沿电磁波传输方向不改变的传输线，即沿线的参数是均匀分布的。一般情况下均匀传输线单位长度上有四个分布参数：分布电阻R1、分布电导G1、分布电感L1和分布电容C1。它们的数值均与传输线的种类、形状、尺寸及导体材料和周围媒质特性有关。几种典型传输线的分布

6、参数计算公式列于下表中。表中μ、ε分别为双导线周围介质的磁导率和介电常数。均匀传输线的分布参数均匀传输线方程及其稳态解把均匀传输线分割成许多小的微元段dz(dz<<)，这样每个微元段可看作集中参数电路，用一个型网络来等效。于是整个传输线可等效成无穷多个型网络的级联均匀传输线的微分方程dz段的等效电路瞬时值u,i与复数振幅U,I的关系为将式(2-2)两边对z再求一次微分，并令，可得通解为式中，传输线方程的解1——传输常数——特性阻抗传输线方程的解21.已知传输线终端电压U2和电流I2，沿线电压电流表达式将终端条件U(0)=U2,I(0)=I2代入上式可得解得：将

7、A1,A2代入整理后可得:注：Z从终端起传输线方程的解3这时将坐标原点z=0选在始端较为适宜。将始端条件U(0)=U1,I(0)=I1代入式，同样可得沿线的电压电流表达式为2.已知传输线始端电压U1和电流I1，沿线电压电流表达式传输线方程的解4例.一高压线长ℓ=300km，终端接负载，功率为30MW，功率因素为0.9（感性），已知输电线的Z0＝1/80ºΩ/km，Y0＝6.5×10e-6/90ºS/km。若设负载端电压U2=115/0ºkV。求距离始端为200km处的电压、电流相量。（sh100γ=0.2522/85.11º,ch100γ=0.9681/0.33