微波技術基礎chap27同軸線

1、第一章作業(yè)講解第一章作業(yè)講解 pgvf0zlhn求證：求證：TE波的邊界條件波的邊界條件 TM波的邊界條件波的邊界條件 0zle第一章作業(yè)講解第一章作業(yè)講解 證明證明 0nB222()0()(1.48 )()0ttztzzctzcnntzczzn Hnhhnhhaknhknnhknhhnn 導波系統(tǒng)導波系統(tǒng)-構成約束或引導電磁波能量定向傳播的構成約束或引導電磁波能量定向傳播的邊界或邊界系統(tǒng)稱為導波系統(tǒng)。邊界或邊界系統(tǒng)稱為導波系統(tǒng)。(1)限制并引導電磁波傳播限制并引導電磁波傳播(傳輸電磁能量傳輸電磁能量)； 例如：饋線例如：饋線 要求無輻射傳輸能量要求無輻射傳輸能量(2)構成微波電路所需的元件、

2、器件。構成微波電路所需的元件、器件。諧振器、阻抗變換器、濾波器、定向耦合諧振器、阻抗變換器、濾波器、定向耦合器器導波系統(tǒng)導波系統(tǒng)基本功能基本功能記一下記一下第一章作業(yè)講解第一章作業(yè)講解 2. 傳輸線的結構和特點：傳輸線是多傳輸線的結構和特點：傳輸線是多(含雙含雙)導體導波系導體導波系統(tǒng)，各種傳輸線使電磁波能量約束或限制在導體之間空統(tǒng)，各種傳輸線使電磁波能量約束或限制在導體之間空間沿其軸向傳播，其導波是間沿其軸向傳播，其導波是TEM波或準波或準TEM波。波。 金屬柱面波導是單導體導波系統(tǒng)，使電磁波能量完金屬柱面波導是單導體導波系統(tǒng)，使電磁波能量完全限制在金屬管內沿其軸向傳播，其導波是全限制在金屬

3、管內沿其軸向傳播，其導波是TE波或波或TM波。波。 開波導使電磁能量約束在波導結構的周圍開波導使電磁能量約束在波導結構的周圍(波導內波導內和波導表面附近和波導表面附近)沿其軸向傳播，其導波是表面波沿其軸向傳播，其導波是表面波。第一章作業(yè)講解第一章作業(yè)講解 答：答：橫向上，駐波分布，因為橫向有邊界限制橫向上，駐波分布，因為橫向有邊界限制。 縱向上，波動的，不僅隨空間坐標變化，同時也隨時縱向上，波動的，不僅隨空間坐標變化，同時也隨時間坐標變化。導波的縱向傳播特點與導波的橫向分布間坐標變化。導波的縱向傳播特點與導波的橫向分布有關有關系。系。其中，其中， ：橫向坐標矢量函數(shù)，該式在數(shù)學上表示一：橫向坐

4、標矢量函數(shù)，該式在數(shù)學上表示一個矢量本征值問題。因為場的橫向分布函數(shù)個矢量本征值問題。因為場的橫向分布函數(shù) 是是kc的的本征函數(shù)，而本征函數(shù)，而kc與與有關有關( ),( ),表明不同的橫向表明不同的橫向分布場其縱場傳播特性不同。分布場其縱場傳播特性不同。220tcek e220tchk he h、222ckk3.導波系統(tǒng)中電磁波在橫方向上運動與在縱方向上的運動導波系統(tǒng)中電磁波在橫方向上運動與在縱方向上的運動有何不同？導波的縱向傳播特點與導波的橫向分布有有何不同？導波的縱向傳播特點與導波的橫向分布有無關系？為什么？無關系？為什么？第一章作業(yè)講解第一章作業(yè)講解 e h、第一章作業(yè)講解第一章作業(yè)講

5、解 答疑答疑時間：每周一晚上時間：每周一晚上地點：科研樓地點：科研樓(物理電子學院物理電子學院)7071.、g、c代表物理意義及三者之間的關系。代表物理意義及三者之間的關系。2.vp、vg、c、 fc、kc哪些與媒質有關？哪些與媒質有關？3. .模式正交分為哪幾種？模式正交分為哪幾種？復習復習1. 色散波與非色散波的區(qū)別？色散波與非色散波的區(qū)別？第一章作業(yè)講解第一章作業(yè)講解 作業(yè)：課本作業(yè)：課本P41，1.9。第一章作業(yè)講解第一章作業(yè)講解 TE場場TEjZTETM1jYZTM場場可見：場沿可見：場沿z為指數(shù)規(guī)律分布，為指數(shù)規(guī)律分布，截止場的阻抗為純虛數(shù)截止場的阻抗為純虛數(shù)，TE場阻抗為是感抗，

6、場阻抗為是感抗，TM場的阻抗是容抗。場的阻抗是容抗。j tzzzHh e2j tzttzcHh ekTEttzEZHa感抗感抗容抗容抗TM2 j tzj tzzzttztztcEe eEe eHYaEk 第一章作業(yè)講解第一章作業(yè)講解 回顧回顧 重點：重點：微波的波長微波的波長( (或頻率或頻率) )范圍；范圍；導波和導波系統(tǒng)導波和導波系統(tǒng)( (定義及作用定義及作用) )；導波的場分析導波的場分析( (沿縱向分布的特點沿縱向分布的特點) )；導波的分類；導波的分類；TEM、TE、TM波的特性分析；波的特性分析；模式正交性；模式正交性；導波的衰減。導波的衰減。 一一. .場分量場分量 二二. .場

7、結構與導體表面電流分布場結構與導體表面電流分布 三三. .同軸線上的電壓波、電流波及特性阻抗同軸線上的電壓波、電流波及特性阻抗 四四. .同軸線的傳輸功率、能量與衰減同軸線的傳輸功率、能量與衰減 本章討論的是具體結構的導波系統(tǒng)，但為了分析簡便，本章討論的是具體結構的導波系統(tǒng)，但為了分析簡便，仍假定導波系統(tǒng)仍假定導波系統(tǒng)無耗無耗( (導體與介質無耗導體與介質無耗) )。其損耗的影響將。其損耗的影響將放在衰減一節(jié)中去考慮。放在衰減一節(jié)中去考慮。 作為多導體導波系統(tǒng)的典型例子是同軸線和平等雙作為多導體導波系統(tǒng)的典型例子是同軸線和平等雙線線( (簡稱雙線簡稱雙線) )。其橫截面如。其橫截面如圖圖2.1

8、所示，它們都是雙導體所示，它們都是雙導體導波系統(tǒng)。其他形式的多導體導波系統(tǒng)帶狀線、微帶線導波系統(tǒng)。其他形式的多導體導波系統(tǒng)帶狀線、微帶線可分別視為同軸線和雙線的演變體?？煞謩e視為同軸線和雙線的演變體。2.1 同軸線同軸線 圖圖2.12.1 同軸線同軸線 同軸線是由兩根共同軸線的圓柱導體所構成的同軸線是由兩根共同軸線的圓柱導體所構成的雙導體雙導體傳輸線。傳輸線。從結構上看，同軸線從結構上看，同軸線有兩種類型。一種是如圖有兩種類型。一種是如圖( (a) )所示的硬同軸線；所示的硬同軸線；另一種是如圖另一種是如圖( (b) )所示的軟所示的軟同軸線同軸線( (同軸電纜同軸電纜) )。 圖圖 墊圈式硬

9、同軸線和同軸電纜墊圈式硬同軸線和同軸電纜 硬同軸線內外導體間一硬同軸線內外導體間一般為般為空氣空氣，其間每隔一段距，其間每隔一段距離安置高頻介質環(huán)等支撐以離安置高頻介質環(huán)等支撐以保證其同軸和絕緣；軟同軸保證其同軸和絕緣；軟同軸線內導體為單根或多股絞合線內導體為單根或多股絞合銅線編織而成，內外導體之銅線編織而成，內外導體之間填充柔軟的間填充柔軟的高頻介質高頻介質。外。外導體由銅線編織而成，最外導體由銅線編織而成，最外面再包一層軟塑料等介質。面再包一層軟塑料等介質。 2.1 同軸線同軸線 同軸線是一種寬頻帶微波傳輸線，它可以從直流一同軸線是一種寬頻帶微波傳輸線，它可以從直流一直工作到毫米波波段。當

10、工作波長大于直工作到毫米波波段。當工作波長大于10cm時，矩形波時，矩形波導和圓波導都顯得尺寸過大而笨重，但相應的同軸線尺寸導和圓波導都顯得尺寸過大而笨重，但相應的同軸線尺寸卻不大。因此，同軸線在微波整機系統(tǒng)、微波測量系統(tǒng)和卻不大。因此，同軸線在微波整機系統(tǒng)、微波測量系統(tǒng)和微波元部件中都得到了廣泛的微波元部件中都得到了廣泛的應用應用。當然，由于同軸線的。當然，由于同軸線的損耗會隨頻率的升高而增加。故在遠程損耗會隨頻率的升高而增加。故在遠程X波段波段(8-12.5GHz)用得較少而在用得較少而在S波段波段(2-4GHz)用得較多，但在實驗室的短用得較多，但在實驗室的短程范圍內也可用到程范圍內也可

11、用到X波段。波段。 無耗導波系統(tǒng)又稱為理想導波系統(tǒng)。理想的同軸線無耗導波系統(tǒng)又稱為理想導波系統(tǒng)。理想的同軸線和雙線，主要和雙線，主要傳播傳播TEM波波( (一定尺寸的同軸線，在頻率一定尺寸的同軸線，在頻率增高時除傳播增高時除傳播TEM波外還可以傳播波外還可以傳播TE波和波和TM波，但它波，但它們均屬于要們均屬于要避免避免的波型。的波型。 0f1f2 TEM TE、TM回顧回顧 先介紹同軸線的先介紹同軸線的TEM波波,TE、TM波波放在此章的第三節(jié)。放在此章的第三節(jié)。圖圖2.2 同軸線及坐標系如圖同軸線及坐標系如圖2.2所示。設內導體外半徑為所示。設內導體外半徑為a, ,外導體內半徑為外導體內半

12、徑為b，內外導，內外導體理想導電，其間填充介質體理想導電，其間填充介質參數(shù)為參數(shù)為 的無耗介質。的無耗介質。 0zzeh0tte 0tth 下面先闡明求下面先闡明求TEM波場波場 一場分量一場分量 先求標量位函數(shù)先求標量位函數(shù) 一一. .場分量場分量電磁和磁場電磁和磁場 代入代入(1.44) 20tuv tteuv tzTEMthYauv 在圓柱坐標系下，式在圓柱坐標系下，式(1.47)為為20tuv ,tteu v ,tTEMzthYau v 標量位函數(shù)的梯度標量位函數(shù)的梯度222211,0trrrrrr 同軸線因結構具有圓對稱性，故位函數(shù)同軸線因結構具有圓對稱性，故位函數(shù)不隨坐標不隨坐標變

13、化，變化，即即 220 一場分量一場分量 同軸線的同軸線的邊界條件邊界條件可表為可表為式式(2.1a)簡化為簡化為 對式對式(2.1b)積分兩次可得積分兩次可得10rrrr0r aU0r blnArB 一場分量一場分量 由邊界條件可得由邊界條件可得0lnUAa b0lnlnUBba b 0lnlnr bUa b 將式將式(2.3)代入代入(1.44)可得場的橫向分布矢量函數(shù)為可得場的橫向分布矢量函數(shù)為te th tr rar0lnrUab arTEMztYar 0TEMlnaUYb ar一場分量一場分量 沿沿 方向傳播波的電磁場為方向傳播波的電磁場為z0lnjtzrr ztUaEeb ar0T

14、EMlnjtzr ztaUHYeb ar 式中式中TEMYk 2()無界、均勻傳播常數(shù) TEM1Zjj0rrY1120rrU0取決于激勵。式中取決于激勵。式中 為真空為真空(或空氣或空氣)中的中的TEM波的波導納，波的波導納，Z0為真空為真空(或空氣或空氣)中中TEM波的波阻抗。波的波阻抗。 法法/米，米， 亨亨/米。米。一場分量一場分量 00001YZ912010368.85 1070410 場結構圖場結構圖：為了形象表示導波系統(tǒng)中電磁場的空間：為了形象表示導波系統(tǒng)中電磁場的空間分布。通常用分布。通常用電力線電力線表示電場，表示電場，磁力線磁力線表示磁場，作出表示磁場，作出導波場的空間瞬時分

15、布圖。導波場的空間瞬時分布圖。 之所以取瞬時分布是因為導波場是波動的，即不僅之所以取瞬時分布是因為導波場是波動的，即不僅隨空間坐標變化，同時也隨時間變化。要作出空間分布隨空間坐標變化，同時也隨時間變化。要作出空間分布圖，只有圖，只有固定時間固定時間，象拍照一樣，拍下瞬時場分布。，象拍照一樣，拍下瞬時場分布。二二. .場結構與導體表面電流分布場結構與導體表面電流分布二二場結構與導體表面電流分布場結構與導體表面電流分布方法方法(1):精確地繪制場結構圖精確地繪制場結構圖 在所用坐標系下解這些微分方程，并給定時間便得在所用坐標系下解這些微分方程，并給定時間便得到電力線和磁力線的坐標方程，據(jù)此，描點作

16、圖，就得到電力線和磁力線的坐標方程，據(jù)此，描點作圖，就得出場結構圖。但這樣作圖比較繁瑣，且不便記憶和理解。出場結構圖。但這樣作圖比較繁瑣，且不便記憶和理解。 0Edl0Hdl原理原理:從力線的概念出發(fā)，即從力線的概念出發(fā)，即“力線在任何點處均與該點力線在任何點處均與該點的場矢量相切的場矢量相切”。由此可得力線微分方程。由此可得力線微分方程。二二場結構與導體表面電流分布場結構與導體表面電流分布(1)實線代表實線代表E，虛線代表，虛線代表H。EH，方向依從，方向依從EH S(S代表能流或坡印廷矢量代表能流或坡印廷矢量) )的右手螺旋關系。的右手螺旋關系。方法方法(2):直接根據(jù)場分量和它們沿坐標的

17、變化規(guī)律作圖。直接根據(jù)場分量和它們沿坐標的變化規(guī)律作圖。原理原理: :(2)E垂直導體表面。垂直導體表面。E可出于并止于導體可出于并止于導體, ,也可以自行閉合。也可以自行閉合。H平行導體表面。平行導體表面。H不能出于和止于導體，只能自行閉合。不能出于和止于導體，只能自行閉合。(3)場分量表達式中的場分量表達式中的 為時間相差，對于行波來為時間相差，對于行波來說，表示沿說，表示沿z相差相差 。2jje4g二二場結構與導體表面電流分布場結構與導體表面電流分布二二場結構與導體表面電流分布場結構與導體表面電流分布0lnjtzrr ztUaEeb ar0TEMlnjtzr ztaUHYeb ar 下面

18、根據(jù)同軸線的場分量作出其沿下面根據(jù)同軸線的場分量作出其沿+z方向傳播波的場方向傳播波的場結構圖。由式結構圖。由式(2.5)可知可知1cosrEtzr1cosHtzr1cosrEzr1cosHzr取取 時刻作圖時有時刻作圖時有0t二二場結構與導體表面電流分布場結構與導體表面電流分布 可見，在橫平面，可見，在橫平面，Er、H只與只與r有關，與有關，與無關。即無關。即場對場對r成反比變化，對成反比變化，對無變化無變化(均勻分布均勻分布)。在。在z方向上，方向上，Er、H沿沿z為余弦分布。為余弦分布。圖圖2.3(a)、(b)取取 時刻作圖時有時刻作圖時有0t1cosrEzr1cosHzr1. EHSE

19、按照右手螺旋關系。按照右手螺旋關系。同軸線中同軸線中TEM的場結構圖的場結構圖: :橫剖面和縱剖面橫剖面和縱剖面 從圖中可以看出，同軸線中從圖中可以看出，同軸線中TEM波的電場呈輻射狀波的電場呈輻射狀圓對稱分布。磁場為圍繞內導體的同心圓族。電場、磁場圓對稱分布。磁場為圍繞內導體的同心圓族。電場、磁場沿沿z為余弦變化。當時間為余弦變化。當時間t改變時，整個圖形沿改變時，整個圖形沿z移動。移動。2. (電力線、磁力線電力線、磁力線)的稀疏表示電磁場強的大小。的稀疏表示電磁場強的大小。二二場結構與導體表面電流分布場結構與導體表面電流分布圖圖2.4 由于同軸線中導波電磁場的感應，由于同軸線中導波電磁場

20、的感應，內導體外表面內導體外表面和和外導體內表面外導體內表面存在高頻電荷與電流。電磁波在兩導體之存在高頻電荷與電流。電磁波在兩導體之間傳播，它們都通過理想導體的邊界條件分別與電場和間傳播，它們都通過理想導體的邊界條件分別與電場和磁場聯(lián)系著，即磁場聯(lián)系著，即(2.8a),sr a bn E,Sr a bnHJ(2.8b)電場高頻電荷，磁場高頻電流電場高頻電荷，磁場高頻電流式中式中 為導體表面向外的單位法向矢量，為導體表面向外的單位法向矢量， 為導體表面為導體表面電荷密度，電荷密度， 為導體表面電流密度。為導體表面電流密度。nsSJ同軸線內外表面同軸線內外表面的外法線方向的外法線方向二二場結構與導

21、體表面電流分布場結構與導體表面電流分布nnnnHH0nnH,Sr a bnHJ(1)SJH(2)SJH(3)SnHJ成右手螺旋關系二二場結構與導體表面電流分布場結構與導體表面電流分布圖圖2.5(a)磁場結構磁場結構(b)電流分布電流分布因為同軸線內外導體表面處的切向磁場只有因為同軸線內外導體表面處的切向磁場只有 ，故表面，故表面電流密度只有電流密度只有JSz，由式，由式(2.8b)得得 (2.9a)(2.9b)HSr aJSr bJr anH0TEM1lnjtzzUa Yeb a ar bnH0TEM1lnjtzzUa Yeb a b根據(jù)此式可以作出同軸線內外導體表面上的電流分布圖。根據(jù)此式可

22、以作出同軸線內外導體表面上的電流分布圖。電流分布圖的另一種簡單畫法是直接根據(jù)磁場結構作圖，電流分布圖的另一種簡單畫法是直接根據(jù)磁場結構作圖，此法更易掌握和記憶。下面我們采用這種方法。此法更易掌握和記憶。下面我們采用這種方法。需要注意的是：需要注意的是：(1) 內外表面電流密度的方向一個為正，一個為負。內外表面電流密度的方向一個為正，一個為負。(2) 內外表面內外表面電流密度的電流密度的JSz的的大小不等大小不等。二二場結構與導體表面電流分布場結構與導體表面電流分布磁力線為虛線，磁力線為虛線， ，磁力線變號，電流也變號。磁力線變號，電流也變號。 SJH,Sr a bnHJ電流是等間隔的，且平行于

23、軸線電流是等間隔的，且平行于軸線z軸。軸。 二二場結構與導體表面電流分布場結構與導體表面電流分布圖圖2.5導體表面的導體表面的傳導電流傳導電流通過內外導體間的通過內外導體間的位移電流位移電流 連續(xù)連續(xù)起來形成全電流閉合環(huán)路。位移電流起來形成全電流閉合環(huán)路。位移電流 與與在在z方向相距方向相距 。dJ4gdrJjErEdrJjE 知道了同軸線的場結構和導體壁上的電流分布，不僅對進一知道了同軸線的場結構和導體壁上的電流分布，不僅對進一步分析同軸線的步分析同軸線的傳輸特性傳輸特性有幫助，而且為解決許多實際問題帶來有幫助，而且為解決許多實際問題帶來很大方便。例如，工程上需要測量同軸線中場的縱向分布，為

24、達很大方便。例如，工程上需要測量同軸線中場的縱向分布，為達此目的，必須在同軸線外導體上開槽，取出能量進行測量。要開此目的，必須在同軸線外導體上開槽，取出能量進行測量。要開槽必須考慮導體壁上的電流走向，因為槽必須考慮導體壁上的電流走向，因為順著電流線方向開一窄槽順著電流線方向開一窄槽縫縫，電流不致遭受破壞，場分布也不致發(fā)生變化。但如果槽縫割，電流不致遭受破壞，場分布也不致發(fā)生變化。但如果槽縫割斷了電流會在槽中激起電場，此電場與平行槽的磁場構成電磁波斷了電流會在槽中激起電場，此電場與平行槽的磁場構成電磁波并向同軸線內外輻射能量。因此供測量用的槽縫應順著電流線開。并向同軸線內外輻射能量。因此供測量用

25、的槽縫應順著電流線開。至于取出能量的方式則和同軸線中的場分布有關。若要耦合出電至于取出能量的方式則和同軸線中的場分布有關。若要耦合出電場，可用場，可用探針探針，讓探針平行于電力線；若要耦合出磁場，則可用，讓探針平行于電力線；若要耦合出磁場，則可用小環(huán)小環(huán)，讓磁力線通過環(huán)面。，讓磁力線通過環(huán)面。探針、小環(huán)、開槽探針、小環(huán)、開槽二二場結構與導體表面電流分布場結構與導體表面電流分布對于傳輸對于傳輸TEM波的同軸線，在橫平面上，波的同軸線，在橫平面上， 的橫向旋度的橫向旋度為零，因此為零，因此 從一導體至另一導體的線積分是唯一的，從一導體至另一導體的線積分是唯一的，且與且與積分路徑無關積分路徑無關，這

26、就說明同軸線傳輸，這就說明同軸線傳輸TEM波時具有波時具有單值電壓特性單值電壓特性( (其他傳輸其他傳輸TEM波的雙導體線均如此波的雙導體線均如此) )。在。在內導體上任一點內導體上任一點A與外導體上任一點與外導體上任一點B之間的電壓為之間的電壓為三三. .同軸線上的電壓波、電流波及特性阻抗同軸線上的電壓波、電流波及特性阻抗Zc 0tte 積分路徑積分路徑teteBtAe dlbtae dlbad ab0U考慮到沿考慮到沿+ +z方向傳播的電場方向傳播的電場 ，則單值電壓波為，則單值電壓波為j ztEe e0j zUU e三同軸線上的電壓波、電流波及特性阻抗三同軸線上的電壓波、電流波及特性阻抗

27、Zc 和電壓波一樣，對沿和電壓波一樣，對沿+z方向傳播的磁場方向傳播的磁場 ，則有，則有 單值的電流波為單值的電流波為 式中式中I0根據(jù)式根據(jù)式可表為可表為 在橫平面上，在橫平面上， 的橫向旋度也為零，致使在的橫向旋度也為零，致使在導體之外導體之外的區(qū)域的區(qū)域 的閉合線積分為零，但的閉合線積分為零，但環(huán)繞導體環(huán)繞導體的線積分則應的線積分則應為導體上的總電流，即有為導體上的總電流，即有thth0th dlI內j ztHh e0j zIIe三同軸線上的電壓波、電流波及特性阻抗三同軸線上的電壓波、電流波及特性阻抗Zc 0I th dl內TEMztYaedl內TEMtYe ndl內TEMsYdlTEM

28、QY式中式中sQdl內為內導體單位長度上的電荷。不難推出，外導體單位長度為內導體單位長度上的電荷。不難推出，外導體單位長度上的電荷與此等值上的電荷與此等值反號反號，為，為Q 三同軸線上的電壓波、電流波及特性阻抗三同軸線上的電壓波、電流波及特性阻抗Zc 同軸線上的電流波也可由同軸線上的電流波也可由內內外導體的表面電流密度求得外導體的表面電流密度求得( (省去省去 ) )I內I外j teSzr aJdl內20Szr aJad0TEM2lnj zUYeb aSzr bJdl20Szr bJbd0TEM2lnj zUYeb a可見同軸線內外導體上可見同軸線內外導體上電流大小相等電流大小相等，方向相反。

29、，方向相反。 內外導體上內外導體上電流電流密度密度大小大小不不相等相等。三同軸線上的電壓波、電流波及特性阻抗三同軸線上的電壓波、電流波及特性阻抗Zc (2.17)由于同軸線上存在單值的電壓波和電流波，因此由電壓和由于同軸線上存在單值的電壓波和電流波，因此由電壓和電流定義同軸線的阻抗電流定義同軸線的阻抗Zc為為cUZIZc稱為特性阻抗稱為特性阻抗，它等于兩導體間的行波電壓與一導體上，它等于兩導體間的行波電壓與一導體上的行波總電流之比值。的行波總電流之比值。 三同軸線上的電壓波、電流波及特性阻抗三同軸線上的電壓波、電流波及特性阻抗Zc (2.19)將式將式(2.11) (2.13) (2.14)

30、代入式代入式(2.17)可得可得11cZC v式中式中 1C 0QU0sdlU內0te ndlU內2ln b aC1為同軸線單位長為同軸線單位長度度的靜電電容的靜電電容, 。三同軸線上的電壓波、電流波及特性阻抗三同軸線上的電壓波、電流波及特性阻抗Zc (2.18)00001,120rv 其中其中 0r 0j zUU e0j zIIe0I th dl內TEMztYaedl內TEMtYe ndl內TEMsYdlTEMQY0lnrtUaeb ar從式從式(2.20)可以看出，同軸線的可以看出，同軸線的特性阻抗特性阻抗與與TEM波的波阻波的波阻抗相差一個因子。特性阻抗不僅取決于抗相差一個因子。特性阻抗

31、不僅取決于填充的媒質參數(shù)填充的媒質參數(shù)，也取決于同軸線的也取決于同軸線的結構尺寸結構尺寸。而波阻抗則只與填充的媒質。而波阻抗則只與填充的媒質有關。有關。cZ TEMln2Zba60lnrba將式將式(2.19)代入代入(2.18)或者由式或者由式(2.11)和和(2.13)代入代入(2.17)均可均可得到同軸線得到同軸線特性阻抗特性阻抗為為TEM波的波的波阻抗波阻抗ZTEMTEMZ橫向電場幅度橫向磁場幅度工程中應用的多為電介質材料，而非磁性物質。工程中應用的多為電介質材料，而非磁性物質。三同軸線上的電壓波、電流波及特性阻抗三同軸線上的電壓波、電流波及特性阻抗Zc 由式由式 ，同軸線的傳輸功率為

32、，同軸線的傳輸功率為四四. .同軸線的傳輸功率、能量與衰減同軸線的傳輸功率、能量與衰減 220TEM0112lnbaUPYdrdb ar 20TEMlnUYb a2TEMTEM12tSPZHdS2TEM12tSZhdS .2TEM12tSYEdS ( (一一). ). 傳輸功率傳輸功率四四. .同軸線的傳輸功率、能量與衰減同軸線的傳輸功率、能量與衰減 從同軸線中的電場表達式從同軸線中的電場表達式圖圖2.4a可以看出，最大電場應在內導體表面處，即值為可以看出，最大電場應在內導體表面處，即值為0lnj zj zrtUaEeeeb ar0maxlnj zrUEeaab a當最大場強達到擊穿程度即當最

33、大場強達到擊穿程度即 (擊穿場強擊穿場強)時，用時，用 此時的功率為同軸線的擊穿功率。此時的功率為同軸線的擊穿功率。maxbrEE0lnbrbUE aabrP 22TEMlnbrbYE aa22ln120rbrba Ea擊穿功率擊穿功率是傳輸功率的極限，代表導波系統(tǒng)的功率容量是傳輸功率的極限，代表導波系統(tǒng)的功率容量。四四. .同軸線的傳輸功率、能量與衰減同軸線的傳輸功率、能量與衰減 應該指出，同軸線的功率容量除受應該指出，同軸線的功率容量除受(1)介質擊穿場強介質擊穿場強限限制外，還要受制外，還要受(2)內導體因內導體因歐姆損耗歐姆損耗而升溫的限制。內導體而升溫的限制。內導體的最高允許溫度常取

34、為的最高允許溫度常取為80，據(jù)此溫度計算的同軸線平均，據(jù)此溫度計算的同軸線平均功率容量要比式功率容量要比式算得的擊穿功率小得多。因此為了算得的擊穿功率小得多。因此為了提高同軸線的平均功率容量，可將內導體做成提高同軸線的平均功率容量，可將內導體做成空心管空心管，讓，讓流體通過管心帶走內導體的歐姆熱。流體通過管心帶走內導體的歐姆熱。2222TEMlnln120rbrbrbrbbPYE aa Eaa四四. .同軸線的傳輸功率、能量與衰減同軸線的傳輸功率、能量與衰減 (1.89)(1.90)由式由式(1.89)或或(1.90)得同軸線單位長度內電能和磁能的時得同軸線單位長度內電能和磁能的時間平均值間平

35、均值 電能和磁能分布于整個系統(tǒng)中，不同于低頻電路，分布電能和磁能分布于整個系統(tǒng)中，不同于低頻電路，分布于電感、電容等元件上。于電感、電容等元件上。( (二二).).電能和磁能電能和磁能2TEM4etSWe dS2mTEM4tSWhdS20m2 lneUWWb a(2.24)四四. .同軸線的傳輸功率、能量與衰減同軸線的傳輸功率、能量與衰減 ( (三三).).衰減常數(shù)衰減常數(shù)由式由式(1.107)可得導體衰減常數(shù)為可得導體衰減常數(shù)為由式由式(1.117)得同軸線中介質衰減常數(shù)為得同軸線中介質衰減常數(shù)為總衰減常數(shù)為總衰減常數(shù)為(2.26)mTEM2lncR Ybab aabdcdTEM2Ytg(2.27)TEM22TEM2mlctSRhdlZh dS(1.107)(2.25)(NP/m)(NP/m)Rm為表面導體電阻為表面導體電阻四四. .同軸線的傳輸功率、能量與衰減同軸線的傳輸功率、能量與衰減 m2R其中其中例例2.1有如圖有如圖2.6所示的硬同軸線，內外導體用銅所示的硬同軸線，內外導體用銅(=5.8107/m)制成，支撐內導體的墊圈用聚四氟乙烯制成，支撐內導體的墊圈用聚四氟乙烯(