第21章 传输线理论 ppt课件.ppt

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1、第二章传输线理论第二章传输线理论§2.1传输线方程§2.2传输线上的基本传输特性§2.3无耗线工作状态分析§2.5史密斯圆图§2.4有耗线§2.6阻抗匹配第二章传输线理论§2.1传输线方程源天线传输线源终端传输线传输高频或微波能量的装置(Transmissionline)路的方法沿线用等效电压和等效电流的方法第二章传输线理论当信号频率很高时，其波长很短，如f=300MHz时，l=1m,f=3GHz时，l=0.1ml而传输线的长度一般都在几米甚至是几十米之长。因此在传输线上的等效电压和等效电流是沿线变化的。——→与低频状态完全不同。场和等效电压的相位变化2p的相应距离为一个波长。第二章传输线

2、理论一维分布参数电路理论传输线是以TEM导模方式传输电磁波能量。其截面尺寸远小于线的长度，而其轴向尺寸远比工作波长大时，此时线上电压只沿传输线方向变化。传输线理论长线理论第二章传输线理论1）长线理论传输线的电长度：传输线的几何长度l与其上工作波长l的比值（l/l）。l/l>0.05l/l<0.05当线的长度与波长可以比拟当线的长度远小于线上电磁波的波长长线Longline短线Shortline第二章传输线理论短线ll输入电压uin输出电压uout≈uin集总参数电路表示对于低频信号，如交流电源，其频率为50Hz，波长为6×106米，即6千公里。一般电源线的距离为几十公里(短线）。分布参数所

3、引起的效应可忽略不计。所以采用集总参数电路进行研究。第二章传输线理论l长线ll输入电压uin输出电压uout≠uin分布参数电路表示第二章传输线理论当线上传输的高频电磁波时，传输线上的导体上的损耗电阻、电感、导体之间的电导和电容会对传输信号产生影响，这些影响不能忽略。2）传输线的分布参数(Distributedparameter)第二章传输线理论④分布电容：导线间有电压，导线间有电场。Cl为传输线上单位长度的分布电容。高频信号通过传输线时将产生分布参数效应：①分布电阻:电流流过导线将使导线发热产生电阻；Rl为传输线上单位长度的分布电阻。②分布电导：导线间绝缘不完善而存在漏电流；Gl为传输线

4、上单位长度的分布电导。③分布电感：导线中有电流，周围有磁场；Ll为传输线上单位长度的分布电感。第二章传输线理论不均匀传输线均匀传输线沿线的分布参数Rl，Gl，Ll，Cl与距离无关的传输线沿线的分布参数Rl，Gl，Ll，Cl与距离有关的传输线第二章传输线理论3)均匀传输线的电路模型均匀传输线单位长度上的分布电阻为Rl、分布电导为Gl、分布电容为Cl、分布电感为Ll,其值与传输线的形状、尺寸、导线的材料、及所填充的介质的参数有关。有耗线无耗线如传输线上无损耗，则为无耗传输线。即Rl=0,Gl=0。第二章传输线理论对于铜材料的同轴线（0.8cm—2cm），其所填充介质为当f=2GHz时可忽略R和

5、G的影响。——低耗线则其各分布参数为：第二章传输线理论P17表2.1-1给出了双导线、同轴线和平行板传输线的分布参数与材料及尺寸的关系。同轴线a：内导体半径b：外导体半径m,e：填充介质双导线D：线间距离d：导线直径平行板传输线W：平板宽度d：板间距离m,e：填充介质L(H/m)C(F/m)R(W/m)G(S/m)第二章传输线理论2.传输线方程传输线方程是研究传输线上电压、电流的变化规律及其相互关系的方程。Dz传输线上的等效电路第二章传输线理论传输线上的电压和电流是距离和时间的函数,则线元Dz<

6、式两端除以Dz，并令Dz→0，可得一般传输线方程（电报方程）：第二章传输线理论第二章传输线理论2）时谐均匀传输线方程式中V（z）和I（z）分别为传输线上z处电压和电流的复有效值。a）时谐传输线方程电压和电流随时间作正弦变化或时谐变化，则电压电流的瞬时值可用复数来表示：第二章传输线理论代入传输线方程，消去时间因子，可得：则有第二章传输线理论式中为传输线单位长度的串联阻抗、并联导纳。(Rl+jwLl)Dz(Gl+jwCl)Dz整理，可得复有效值的均匀传输线方程：即第二章传输线理论对上方程再微分,并相互代入：b)电压和电流的通解定义电压传播常数：两边求导移项代入第二章传输线理论电流的解为：式中为

7、传输线的特性阻抗则方程变为：电压的解为：电压电流是位置的函数第二章传输线理论表示向+z方向传播的波，即自源到负载方向的入射波，用V+或I+表示；表示向-z方向传播的波，即自负载到源方向的反射波，用V-或I-表示。电压和电流解为：？？第二章传输线理论上面两个解中的两项分别代表向+z方向和-z方向传播的电磁波，+z方向的为入射波，-z方向的为反射波。式中的积分常数由传输线的边界条件确定。c)电压、电流的定解三种边界条件：已知