第1章_传输线理论 ppt课件.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。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(分布参数电路理论)取代低频电路理论。本章以平行双导线为例阐述传输线理论。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

2、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:电性能方面考虑:传输模式、色散、工作频带、功率容量、损耗等几个指标；机械性能方面考虑:尺寸、制作难易度、集成难易度等几个指标。传输模式上看，传输线上传输的电磁波分3种类型。1.传输线的电性能（1）TEM波（横电磁波）：电场和磁场都与电磁波传播方向相垂直。（2）TE波（横电波）：电场与电磁

3、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传输线无色散。色散——电磁波的传播速度与频率有关TEM传输线上的相速度为TEM传输线的工作频带较宽。从直流到上吉赫兹TEM传输线（即传输TEM波的传输线）特点：ε:介电常数μ:磁导率εr:相对介电常数μr:相对磁导率ε0:自由空间介电常数μ0:自由空间磁导率c:自由空间光速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。2.传输线的机械性能1.1.2传输线举例TEM传输线有许多种类，常用的有：

4、平行双导线同轴线带状线微带线用来传输TEM波的传输线，一般由两个（或两个以上）导体组成。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，取决于它的电长度而不是几何长度。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。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，

5、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。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，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

6、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应增大，不能再忽略了。例:同轴线的分布电感L=0.999nH/mm,分布电容C=0.0111pF/mm。当频率f=50Hz：XL=ωL=3.14×10-7Ω/mmXC=1/ωc=2.87×1010Ω/mm当频率f=3GHz：XL=ωL=18.83Ω/mmXC=1/ωc=4.78×103Ω/mm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。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

7、参数是均匀分布的。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。分布参数定义如下: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传输线的等效电路有了分布参数的概念，就可以将均匀传输线分割成许多微分段dz（dz<<λ），这样每个微分段可看作集总参数电路，参数分别为Rdz、Gdz、Ldz、Cdz，并用一个Γ形网络来等效。1.3传输线方程及其解1.3.1均匀传输线方程传输线方程是研

8、究传输线上电压、电流的变化规律，以及它们之间相互关系的方程。对于均匀传输线，由于分布参数是沿线均匀分布的，所以只需考虑线元dz的情况。图1.6传输线上电压和电流的定义及其等效电路（1.5）式（