電磁場(chǎng)課件--第三章微波傳輸線平行雙線與同軸線

1、第三章 微波傳輸線3.0 引言3.1 平行雙線與同軸線3.2 微帶傳輸線3.3 矩形截面金屬波導(dǎo)3.4 圓截面金屬波導(dǎo)3.5 光波導(dǎo)3.0 引言一、微波傳輸線二、幾類微波傳輸線介紹三、傳輸線研究的問題和分析方法一、微波傳輸線 微波傳輸線是用以傳輸微波信息和能量的各種形式的傳輸系統(tǒng)的總稱，它的作用是引導(dǎo)電磁波沿一定方向傳輸, 因此又稱為導(dǎo)波系統(tǒng), 其所導(dǎo)引的電磁波被稱為導(dǎo)行波。 本章研究幾類微波傳輸線：平行雙線、同軸線、矩形波導(dǎo)、圓截面波導(dǎo)和光波導(dǎo)。 二、幾類微波傳輸線介紹 為什么在微波工程中需要各種各樣的傳輸線？ 多種多樣的微波傳輸線是針對(duì)不同頻段和提高傳輸線的性能發(fā)展起來的，并投入具體的工程

2、應(yīng)用。平行雙線同軸線矩形波導(dǎo)微帶線其它微波集成傳輸線1從平行雙線到同軸線 平行雙線：傳輸?shù)氖荰EM波，是使用最早最普遍的一種傳輸線；當(dāng)頻率提高到其對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)與雙線的距離相比擬時(shí)，其輻射損耗顯著增加；而減小平行雙線距離會(huì)減小擊穿電壓降低其功率。 同軸線：采用封閉結(jié)構(gòu)減少了平行雙線可能出現(xiàn)的輻射損耗；但隨著頻率的提高，會(huì)出現(xiàn)TE和TM波，為了抑制TE和TM波，必須減小截面尺寸，會(huì)增加內(nèi)導(dǎo)體的損耗，降低傳輸功率。2 從同軸線到金屬波導(dǎo)管 金屬波導(dǎo)：和同軸線比較，波導(dǎo)管除去內(nèi)導(dǎo)體，不僅降低了內(nèi)導(dǎo)體的損耗而且提高了傳輸線的功率容量； 其缺點(diǎn)是比較笨重、高頻下批量成本高、 頻帶較窄等。 3 微波集成傳輸線

3、 隨著航空、航天事業(yè)發(fā)展的需要, 對(duì)微波設(shè)備提出了體積要小、重量要輕、 可靠性要高、性能要優(yōu)越、一致性要好、 成本要低等要求, 這就促成了微波技術(shù)與半導(dǎo)體器件及集成電路的結(jié)合, 產(chǎn)生了微波集成電路。 對(duì)微波集成傳輸元件的基本要求之一就是它必須具有平面型結(jié)構(gòu), 這樣可以通過調(diào)整單一平面尺寸來控制其傳輸特性, 從而實(shí)現(xiàn)微波電路的集成化。各種微波集成傳輸線 準(zhǔn)TEM波傳輸線, 主要包括微帶傳輸線和共面波導(dǎo)等(a)-(c); 非TEM波傳輸線, 主要包括槽線、 鰭線等(d);開放式介質(zhì)波導(dǎo)傳輸線, 主要包括介質(zhì)波導(dǎo)、鏡像波導(dǎo)(e-f); 半開放式介質(zhì)波導(dǎo), 主要包括H形波導(dǎo)、G形波導(dǎo)等(g-h)。三

4、傳輸線研究的問題和分析方法 本章研究幾類重要傳輸線的傳輸特性（模式、相速度、波長(zhǎng)、波阻抗以及其它相關(guān)的重要特性）、損耗特性、功率容量以及具體的工程用途。 第二章采用電路方法研究傳輸線的共性問題，本章采用電路和場(chǎng)分析結(jié)合的方法討論每一種傳輸線的個(gè)性問題。 3.1平行雙線和同軸線一、平行雙線Two Wire Parallel Lines二、同軸線 Coaxial Lines 我們主要從如下幾個(gè)方面來討論這兩類常用的傳輸線：結(jié)構(gòu)和參數(shù)、傳輸特性、損耗特性、功率容量和用途。對(duì)于平行雙線，在頻率不是非常高的條件下，用電路理論分析就足夠準(zhǔn)確。平行雙導(dǎo)線與同軸線的外形結(jié)構(gòu) 一 平行雙線1 結(jié)構(gòu)和參數(shù) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

5、單，幾何參數(shù)：雙線之間的距離D和線徑d，電參數(shù)：雙線周圍介質(zhì)可以近似看成真空。分布參數(shù) 平行雙線單位長(zhǎng)度的電阻和電感、電導(dǎo)和電容。202lnDLd022lnDCd10122Rd022lnDGd2 傳輸特性 沿平行雙線傳輸?shù)氖遣痪鶆虻腡EM波，傳播方向平行雙線的方向。0002120ln400600.LDZmCd0011pvL C2ppvf3 損耗特性 對(duì)于平行雙線傳輸線，線間介質(zhì)多為空氣或局部?jī)?yōu)良絕緣支撐物，如果要考慮傳輸損耗，則可只計(jì)導(dǎo)體損耗而不計(jì)介質(zhì)損耗。此時(shí)平行雙線的衰減常數(shù)可按下式估算： 002RZ4 功率容量 平行雙線功率容量和雙線的距離有關(guān)，距離越大功率容量，此外還和傳輸線的工作狀態(tài)

6、有關(guān)，行波狀態(tài)的功率容量要大于駐波狀態(tài)的。20000122120lnmmUPZ SLDZCd5 用途 平行雙線傳輸線主要用于中波及短波無線電信中作發(fā)射機(jī)與天線間的饋線，及有線長(zhǎng)途載波通信的傳輸線（現(xiàn)只存留使用于縣鄉(xiāng)以下小容量通信系統(tǒng)中，干線通信中已被光纖所取代）。 通頻帶：04KHz，語音信號(hào)二 同軸線Coaxtal CabLe1 結(jié)構(gòu)和參數(shù) 同軸線由共軸的內(nèi)外導(dǎo)體組成，中間空氣或填充高介電常數(shù)的絕緣介質(zhì)。幾何參數(shù)內(nèi)外導(dǎo)體直徑d和D，電參數(shù)：中間填充介質(zhì)的電參數(shù)，它是一種不平衡傳輸線。分布參數(shù) 同軸線單位長(zhǎng)度的電阻和電感、電導(dǎo)和電容。0ln2DLd02lnCDd101224fRDd022lnD

7、Gd2 傳輸特性 沿同軸線傳輸?shù)氖遣痪鶆虻腡EM波，傳播方向軸線的方向，高頻條件下可以傳輸TE和TM波。00060ln138lgrrrrLDDZCdd0011prrcvL C 02pprrvf 當(dāng)同軸線的截面尺寸與工作波長(zhǎng)可比擬時(shí)，同軸線內(nèi)將出現(xiàn)高次模式。 要使同軸線工作于TEM模式，則同軸線的內(nèi)外半徑應(yīng)滿足以下條件：min12Dd3 損耗特性 通常同軸線介質(zhì)損耗很小，其傳輸損耗基本上決定于導(dǎo)體的歐姆損失。同軸線的衰減常數(shù)仍可按下式估算002RZmin3.6,Dwhenand Rconstd4 功率容量 同軸線功率容量的表達(dá)式與平行雙線類似。200001260lnmmrrUPZ SLDZCd5 用途 同軸線是一種寬頻帶的傳輸線，其頻率范圍可從直流一直到100GHz ，因此廣泛應(yīng)用于通信設(shè)備、測(cè)量系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及微波元件之中。 通頻帶：0nGHz，語音信號(hào) 在實(shí)際中,廣泛使用不同型號(hào)的電纜連接接頭（Cable Connector）以實(shí)現(xiàn)電纜的連