傳輸線模型與分析

1、整理ppt1 第二章 傳輸線理論整理ppt2引言低頻和微波傳輸?shù)谋容^低頻和微波傳輸?shù)谋容^ 微波傳輸?shù)淖蠲黠@特征是使用微波傳輸線，例如，雙導線、同軸線、帶狀線和微帶等。很容易提出一個問題：微波傳輸線為什么不采用50周市電明線呢? 1. 低頻傳輸線低頻傳輸線 低頻時，只要研究一條線(因為另一條線是作為回路出現(xiàn)的)。電流幾乎均勻地分布在導線內(nèi)。電流和電荷可等效地集中在軸線上。 由分析可知，Poynting矢量集中在導體內(nèi)部傳播，外部極少。事實上，對于低頻，只須用I，V和Ohm定律解決即可，無須用電磁理論。整理ppt3引言低頻和微波傳輸?shù)谋容^低頻和微波傳輸?shù)谋容^不論導線怎樣彎曲，能流都在導體內(nèi)部和表面

2、附近，這是因為能量分布與距離的平方成反比。低頻傳輸線整理ppt4例例1 1 計算半徑r0=2mm=210-3m的銅導線單位長度的直流電阻R0 計及JE20IJSE rVEdl RVIEdlE rlr0020273231581021013710 .()./ m58107.引言銅材料同時考慮歐姆定律低頻和微波傳輸?shù)谋容^00lRA整理ppt5Jrr00是 2. 微波傳輸線微波傳輸線 當頻率升高出現(xiàn)的第一個問題是導體的集膚效應(Skin Effect)。導體的電流、電荷和場都集中在導體表面。 例例2 研究 f=10GHz=1010Hz、l=1m、r0=2mm導線的電阻R 這種情況下， 其中, 的表面電

3、流密度， 是衰線常數(shù)。對于良導體，由電磁場理論可知 稱之為集膚深度。引言低頻和微波傳輸?shù)谋容^低頻和微波傳輸?shù)谋容^)(00rreJJs12s整理ppt6計及在微波波段中， 是一階小量，對于 及以上量完全可以忽略。則 而引言低頻和微波傳輸?shù)谋容^低頻和微波傳輸?shù)谋容^rdrdeEdseJJdsIrrrr)(0)(0000000000022000000000111212 122rrrrrrrrrrrrerEdrereeErdeeEdrreeEI1s21srEI002srlIlER002整理ppt7若和直流時的銅導線參數(shù)相同，微波波段的電阻為：從直流到1010Hz，損耗要增加1500倍。 引言低頻和微波傳

4、輸?shù)谋容^低頻和微波傳輸?shù)谋容^mRHzffsss/07. 21083. 3102211083. 31066. 0,10/066. 0108 . 53610730010515. 12srRR整理ppt8r0r0直線電流均勻分布 微波集膚效應 損耗是傳輸線的重要指標，如果要將 ，使損耗與直流保持相同，算出rr0引言低頻和微波傳輸?shù)谋容^低頻和微波傳輸?shù)谋容^mRrs03. 3210整理ppt9 即直徑是d=6.06 m。這種情況，已不能稱為微波傳輸線，而應稱之為微波傳輸“柱”比較合適，2米高的實心微波傳輸銅柱約514噸重(銅比重是8.9T/m3)，集膚效應帶來的第二個直接效果是：柱內(nèi)部并無能量傳輸柱內(nèi)部

5、并無能量傳輸。 簡單而實用的微波傳輸線是雙導線，它們與低頻傳輸線有著本質的不同：功率是通過雙導線之間的空間傳輸?shù)摹?這時我們更加明確了Guide Line的含義，導線只是起到引導的作用，而實際上傳輸?shù)氖侵車臻g(Space)(但是，沒有Guide Line又不行)。D和d是特征尺寸，對于傳輸線性質十分重要。引言低頻和微波傳輸?shù)谋容^低頻和微波傳輸?shù)谋容^DdJJSEH 傳 輸 空 間雙導線整理ppt10本章內(nèi)容2.1 傳輸線集總元件電路模型 傳輸線電報方程，行波解2.3 端接負載的無耗傳輸線 ， ， ，時間平均功率流2.4 Smith圓圖 輸入阻抗圖到反射系數(shù)圖的映射2.5 四分之一波長變換器：頻

6、率響應2.6 源和負載失配：阻抗匹配和共軛匹配2.7 有耗傳輸線：低損耗線、無畸變線、微擾法、惠勒增量電感定則。inZVSWR整理ppt112.1 傳輸線的集總元件電路模型傳輸線方程 在傳輸線長度內(nèi)電壓和電流的幅值和相位發(fā)生變化R、L：兩導體單位長度的串聯(lián)電阻和串聯(lián)電感；G、C：單位長度的并聯(lián)電導和并聯(lián)電容。KVL，KCL( , )( , )( , )v z ti z tRi z tLzt ( , )( , )( , )i z tv z tGv z tCzt 傳輸線方程的時域形式整理ppt122.1 傳輸線的集總元件電路模型時諧形式：( )() ( )dV zRjwL I zdz ( )()

7、( )dI zGjwC V zdz 波方程：0)()(222zVdzzVd0)()( I222zIdzzd(1) 復傳播常數(shù)：()()jRjwL GjwC(2) 行波解：( )zzooV zV eV e(3) 特征阻抗：jwCGjwLRjwLRZ0zzzzeZVeZVeIeIzI000000)(00000ZIVIV整理ppt132.1 傳輸線的集總元件電路模型(5) 時域解：(6) 傳輸線上的波長和相速：(7) 無耗傳輸線參數(shù)：( , )cos()cos()zozov z tVwtzeVwtze2pvfjjLCLC00LZC22LC1pvLC( )j zj zooV zV eV e00( )j

8、 zj zooVVI zeeZZ整理ppt142.1 傳輸線的集總元件電路模型(8) 有耗傳輸線衰減常數(shù))dB(| )1 (| )0(|log20)Neper(| )1 (| )0(|ln| )0(| )1 (|mVmVmVmVemVmVdB686. 8)dB(log20Np1ezePzP2)0()(整理ppt152.3 端接負載的無耗傳輸線駐波解：( )j zj zooV zV eV e00( )j zj zooVVI zeeZZ終端反射系數(shù)：0000ZZZZVVLLL線上任意位置的反射系數(shù)：ljLljljljljeeeeVeVl200)0()(整理ppt162.3 端接負載的無耗傳輸線輸入

9、阻抗：02200011)()(ZeeZeeVeeVlIlVZljLljLljLljljLljin00000000000()()()()cossincossintantanj lj lLLinj lj lLLLLLLZZ eZZ eZZZZ eZZ eZljZlZZljZlZjZlZZjZlLLVV11SWRminmax電壓駐波比：22(2)( )111j zj zoojloV zVeVeVe max(1)oVV min(1)oVV 整理ppt172.3 端接負載的無耗傳輸線時間平均功率流：PPPPZVzIzVdttzitzvTzPrefincLTin)|1 (|21 )()(Re21),(),

10、(1)(2000*整理ppt182.3 端接負載的無耗傳輸線端接負載無耗傳輸線參數(shù)歸納：(1) inZ)(1)(1)(0zzZzZin00)()()(ZzZZzZzinin (2) 回波損耗 20lgRLdB (3) 電壓駐波比VSWR110VSRWL(4) 無源負載：10L開路：1L1L短路：1L匹配：0L 有源負載：1L整理ppt192.3 端接負載的無耗傳輸線端接負載無耗傳輸線參數(shù)歸納：(5) 阻抗匹配 ： (6)(7) 插入損耗：1L0)(ZzZin0)( z1VSWRdBRL LinZlZl)(2/LinZZlZl/)(4/20 (),0jzjzoV zVeez ,0j zoV zV

11、 Tez1011010211ZZZTZZZZ 20lgILT dB 整理ppt202.3 端接負載的無耗傳輸線無耗傳輸線的特殊情況：短路 1L 整理ppt212.3 端接負載的無耗傳輸線無耗傳輸線的特殊情況：開路 1L 整理ppt222.3 端接負載的無耗傳輸線短路 1L ( )2sinj zj zooV zVeejVz 002( )cosjzjzooVVI zeezZZininjXljZZtan0( )2cosjzjzooV zVeeVz002( )sinj zj zooVjVI zeezZZininjXljZZcot0開路整理ppt232.4 Smith圓圖 將直角坐標系下歸一化阻抗 映射

12、到極坐標下的反射系數(shù) 。其中 ，jxrZZz0/irjje1000180180映射公式：整理ppt242.4 Smith圓圖整理ppt252.4 Smith圓圖Smith圓圖使用討論(1)(2) 電阻圓和電抗圓垂直；(3) ljLLlLellZlzlzZ2)( ),()()(maxrVSWR 整理ppt262.4 Smith圓圖(4) 周期性： 036022/ll01180z(5)(6)LZlVSWRmin,整理ppt272.4 Smith圓圖(7) 開槽線 求, 5 . 1VSWRLZ整理ppt282.5 四分之一波長變換器1. 阻抗觀點111tantanLinLRjZlZZZjRlLinR

13、ZZ21LRZZ010例題2.5 四分之一波長變換器的頻率響應。整理ppt292.5 四分之一波長變換器2. 多次反射觀點10110ZZZZ 012101ZZZZ 131LLRZRZ 11102ZTZZ02102ZTZZ整理ppt302.5 四分之一波長變換器2. 多次反射觀點232311 231 231 22311 23230.()nnTTTTTTTT 1 2311231 231232311TTTT 2210101311 21322101010111013100210101()4()()()()()()()()()2()()()LLLLLZZZ ZTTZZZZZZRZRZZZZZRZZZ R

14、ZZRZ 整理ppt312.6 源和負載失配源和負載都失配時線上電壓解：2200001tantan1j lj lllinlleZjZlZZZZjZle ()jzjzolV zVee()()j lj lingolingZVlVVeeZZ1()inogj lj linglZVVZZee020(1)j logj lglgZeVVZZe 整理ppt322.6 源和負載失配傳輸給負載的功率：22211111ReReRe222inin iningininginZPV IVVZZZZ22212()ingingingRPVRRXX整理ppt332.6 源和負載失配1. 負載與線匹配00 , 1 , 0ZZVS

15、WRZZinll2022012()gggZPVZRX2. 源與帶負載的線匹配0inginZZ222124()ggggRPVRX3. 共軛匹配， 固定， ，可以從源到負載的最大功率傳輸。gZingZZ*41|212max,ginZZinavsgginPPRVP 源的最大可用功率整理ppt342.6 源和負載失配222222()100()()ininginingingingingRRRPRRRXXRRXX2222()00()ininginingingRXXPXRRXX,ingingRRXX 整理ppt352.7 有耗傳輸線 低耗線復傳播常數(shù)：()()RjwL GjwC2()()(1)(1)1()R

16、GjwLjwCjwLjwCRGRGjLCjwLwCLCRwLGwC1()RGjLCjwLwC1()2jRGjLCwLwC0011()()22CLRRGGZLCZLC0RjwLLZGjwCC特征阻抗：整理ppt362.7 有耗傳輸線2. 無畸變的傳輸線 色散：一個寬帶信號的各個頻率分量將以不同的相速傳播，達到傳輸線的接收端的時間會不同，信號會發(fā)生畸變。RGLC2221 2(1)RRjLCjwLLRjLCjwLCRjLCjL整理ppt372.7 有耗傳輸線3. 端接的有耗傳輸線(1) 線上電壓、電流波 ()zzoV zVee 0()zzoVI zeeZ(2) 反射系數(shù)222( )j lllleee 000tanh()()tanhLinLZjZlVlZZIlZjZl(3) 輸入阻抗(4) 輸入功率2222022201Re ()()221( )2ollinolVPVl IleeZVleZ (5) 傳到負載功率2201Re(0)(0)122oLVPVIZ (6) 傳到負載功率22220(1)(1)2olllossinLVP