传输线理论详解.ppt

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1、第4章传输线理论主要内容：均匀传输线方程（理解）传输线阻抗与状态参量（掌握）传输线的状态分析（掌握，重点）阻抗匹配（理解，掌握，重点）Smith圆图（掌握）11.微波传输线定义及分类微波传输线是用以传输微波信息和能量的各种形式的传输系统的总称。它的作用是引导电磁波沿一定方向传输，因此又称为导波系统。第一类是双导体传输线，它由两根或两根以上平行导体构成，因其传输的电磁波是横电磁波（TEM波）或准TEM波，故又称为TEM波传输线，主要包括平行双导线、同轴线、带状线和微带线等。1微波传输线的分类1微波传输线的分类第二类是均匀填充介质的金属波导管

2、，因电磁波在管内传播，故称为波导，其传输的电磁波是横电波（TE波）和横磁波（TM波），故又称为TE波和TM波传输线主要包括矩形波导、圆波导、脊形波导和椭圆波导等。第三类是介质传输线，因电磁波沿传输线表面传播，故称为表面波波导，主要包括介质波导、镜像线和单根表面波传输线等。电磁波聚集在传输线内部及其表面附近沿轴线方向传播，一般的是混合波型(TE波和TM波的叠加)，某种情况下也可传播TE或TM波。其他结构更为复杂的传输线，是上述三种基本类型的组合和发展。1微波传输线的分类2对传输线的基本要求工作频带宽(或满足一定的要求)；功率容量大(或满足一

3、定的要求)；工作稳定性好；损耗小；尺寸小和成本低等。实际应用中，从减少损耗和结构工艺上的可实现性等方面来考虑：在米波或分米波中的低频段范围内，可采用双导线或同轴线；在厘米波范围内可采用空心金属波导管以及带状线和微带线等；在毫米波范围可采用空心金属波导管、介质波导、介质镜像线和微带线；在光频波段则采用光波导(光纤)。微波传输的最明显特征是别树一帜的微波传输线，例如，双导线、同轴线、带线和微带等等。我们很容易提出一个问题：微波传输线为什么不采用50Hz市电明线呢?在低频里面我们从来没有讨论过传输线的问题，为什么到了微波波段需要讨论？6低频传输

4、线★在低频中，电流几乎均匀地分布在导线内。电流和电荷可等效地集中在轴线上，★波印廷矢量集中在导体内部传播，外部极少。★因此，求解物理量只须用I，V和欧姆定律解决即可，无须用电磁理论。★不论导线怎样弯曲，能流都在导体内部和表面附近。低频电路有许多课程，唯独没有传输线课程，理由很简单：只有两根线有什么理论可言？这里却要深入研究这个问题。7［例1］计算半径r0=2mm=2×10-3m的铜导线单位长度的直流线耗R0计及代入铜材料同时考虑Ohm定律微波传输线当频率升高出现的第一个问题是导体的集肤效应(SkinEffect)。导体的电流、电荷和场都集

5、中在导体表面［例2］研究f=10GHz=1010Hz、L=3cm、r0=2mm导线的线耗R。这种情况下，其中,的表面电流密度，α是衰减常数。对于良导体，由电磁场理论可知——称之为集肤深度。计及在微波波段中，是一阶小量，对于及以上量完全可以忽略。则而和直流的同样情况比较从直流50Hz到1010Hz，损耗要增加1500倍。图2-2直线电流均匀分布图2-3微波集肤效应损耗是传输线的重要指标，如果要将，使损耗与直流保持相同，易算出r0r0集肤效应带来的直接效果是：柱内部并无能量传输直径d=6.06m。12这种情况，已不能称为微波传输线，而应称之为

6、微波传输“柱”比较合适，其粗度超过人民大会堂的主柱。2米高的实心微波传输铜柱约514吨重(铜比重是8.9T/m3)，13看来，微波传输线必须走自己的路。每一种事物都有自己独特的本质，硬把不适合的情况强加给它，必然会出现荒唐的结论。刚才讨论的例子正是因为我们硬设想把微波“关在”铜导线内传播，事实上也不可能。“满圆春色关不住，一枝红杏出墙来”最简单而实用的微波传输线是双导线，它们与低频传输线有着本质的不同：功率是通过双导线之间的空间传输的。微波功率应该(绝大部分)在导线之外的空间传输，这便是结论。14这时，使我们更加明确了GuideLine的

7、含义，导线只是起到引导的作用，而实际上传输的是周围空间(Space)(但是，没有GuideLine又不行)。D和d是特征尺寸，对于传输线性质十分重要。图2-4双导线DdJJSEH传输空间154传输线理论的内容传输线理论主要包括两方面的内容：一、研究所传输波型的电磁波在传输线横截面内电场和磁场的分布规律(亦称场结构、模、波型)，称为横向问题。二、研究电磁波沿传输线轴向的传播特性和场的分布规律，称为纵向问题。4传输线理论的内容横向问题要求解电磁场的边值问题。不同类型或同一类型但结构型式不同的传输线，具有不同的边界件，应分别加以研究。对于纵向问

8、题，都是沿轴线方向把电磁波的能量从一处传向另一处。因此，尽管传输线类型不同，但都可以用相同的物理量来加以描述。即可以用一个等效的简单传输线(如双导线或同轴线)来描述。4传输线理论的内容简单传输