射频电路理论与设计 教学课件 作者 黄玉兰 第1章 传输线理论.ppt

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1、第1章传输线理论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。本章首先给出传输线分布参数等效电路及传输线方程；然后引入传输线的基本特性参

2、数；随后对无耗传输线工作状态及信号源的功率输出进行分析；最后讨论微带线。传输线举例1.1传输线等效电路表示法1.2传输线方程及其解1.3传输线的基本特性参数1.4均匀无耗传输线工作状态分析1.5信号源的功率输出和有载传输线1.6微带线1.71.1传输线举例1.1.1传输线的构成传输线主要从两方面考虑其构成，一个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；另一个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3种类型。（1）TEM波（横电磁波）：电场和磁场都与电

3、磁波传播方向相垂直。（2）TE波（横电波）：电场与电磁波传播方向相垂直，传播方向上有磁场分量。（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。TEM传输线（即传输TEM波的传输线）无色散。TEM传输线的工作频带较宽。TEM传输线的功率容量和损耗应能满足设计要求。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。1.1.2传输线举例传输线有TEM传输线和TE传输线、TM传输线（如波导），本书射频电路只涉及TEM传输线。TEM传输线有许多种类，常用的

4、有平行双导线、同轴线、带状线和微带线（传输准TEM波），用来传输TEM波的传输线，一般由两个（或两个以上）导体组成。1.平行双导线2.同轴线3.带状线和微带线图1.1平行双导线图1.2同轴线图1.3带状线图1.4微带线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

5、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。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，传输线上电压和电流呈现出了波动性，所以长线用传输线理论

6、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传输线的分布参数传输线上各点的电压和电流（或电场和磁场）不相同，可以从传输线的等效电路得到解释，这就是传输线的分布参数概念。分布参数是相对于集总参数而言的。传输线理论是分布参数电路理论，认为分布电阻、分布电感、分布电容和分布电导这4个分布参数存在于传输线的所有位置上。随着频率的增高，分布参数引起的阻抗效

7、应增大，不能再忽略了。根据传输线上分布参数是否均匀分布，传输线可分为均匀传输线和不均匀传输线，本章主要讨论均匀传输线。所谓均匀传输线，是指传输线的几何尺寸、相对位置、导体材料及导体周围媒质特性沿电磁波的传输方向不改变的传输线，即沿线的分布参数是均匀分布的。分布参数定义如下。分布电阻R——传输线单位长度上的总电阻值，单位为Ω/m。分布电导G——传输线单位长度上的总电导值，单位为S/m。分布电感L——传输线单位长度上的总电感值，单位为H/m。分布电容C——传输线单位长度上的总电容值，单位为F/m。1.2.3传输线的等效电路图1.5传输线的等效电路1.3传输线方程及

8、其解1.3.1均匀传输线方程传输线方程