第7章均勻傳輸線中的導(dǎo)行電磁波

第7章均勻傳輸線中的導(dǎo)行電磁波本章要求熟練掌握均勻傳輸線的穩(wěn)態(tài)分析方法,并靈活應(yīng)用其方法深刻理解電壓波和電流波的傳播特性(行波、駐波、匹配等)掌握有損耗傳輸線的無畸變條件7.0

序傳輸線作用：引導(dǎo)電磁波，高效率將能量或信息定向地從一點傳輸?shù)搅硪稽c傳輸線種類：平行雙線、同軸電纜、平行板傳輸線、金屬波導(dǎo)和介質(zhì)波導(dǎo)等。均勻傳輸線：導(dǎo)體材料、橫截面形狀和尺寸、相對位置及周圍介質(zhì)沿線都無變化的傳輸線。TEM波：波傳播的方向上無電場和磁場的分量。分布參數(shù)電路：當實際電路尺寸與工作波長接近時的電路模型分布參數(shù)等效電路7.1無損耗均勻傳輸線方程電流只有軸向分量消去得消去得TEM波結(jié)論：與靜態(tài)電磁場相比:1.位函數(shù)滿足的微分方程完全相同2.邊界條件也相同所以，TEM波的電場和磁場在傳輸線的橫截面內(nèi)的分布和靜態(tài)場的分布完全一樣靜態(tài)場指的是？思考傳輸線每單位長度的電感同一截面內(nèi)傳輸線兩導(dǎo)體間電壓兩式相減電報方程傳輸線方程結(jié)點電流方程回路電壓方程略去dz的二階無窮小項，得傳輸線方程均勻傳輸線電路模型式中電壓波動方程電流波動方程對z求偏導(dǎo)對t求偏導(dǎo)7.2無損耗均勻傳輸線的傳播特性7.2.1瞬態(tài)解通解u+

入射電壓波、u-

反射電壓波；波動方程i+

入射電流波、i-反射電流波。7.2.2正弦穩(wěn)態(tài)解方程的解式中—傳播常數(shù)；—相位常數(shù)瞬態(tài)形式復(fù)數(shù)形式入射波反射波方程的解—特性阻抗（實數(shù)）定義所以1.已知始端和將已知條件代入通解解得復(fù)常數(shù)代入通解已知始端整理后注意：終端為坐標原點，沿線z<0，l>0通解2.已知終端和

將已知條件代入通解解得復(fù)常數(shù)代入通解，得已知終端3.傳輸線任一點處的有功功率傳輸線無損耗，所以任一點的P相同。=入射波功率–反射波功率const=7.3無損耗傳輸線中波的反射和透射7.3.1反射系數(shù)和透射系數(shù)1.負載端反射系數(shù)傳輸線接負載負載端反射系數(shù)2.沿線任一點反射系數(shù)3.非均勻傳輸線的反射系數(shù)和透射系數(shù)反射系數(shù)z=0處結(jié)論:

無限長均勻無損傳輸線可等效為。透射系數(shù)圖7.3.2非均勻傳輸線4.沿線各點電壓、電流表達式7.3.2傳輸線工作狀態(tài)2.行波當時，，S=1,無反射(匹配)a.電壓波、電流波無反射；b.電壓、電流同相，且沿線振幅為常數(shù)。匹配特點1.駐波比S定義電壓、電流為行波3.駐波如（開路），，則即，當時，,發(fā)生全反射電壓波、電流波為駐波。（短路）（開路）（純電抗）電壓波腹，電流波節(jié)c）時間相位差90o，無能量傳播，電能與磁能在空間相互轉(zhuǎn)換。b）當，駐波特點電壓波節(jié)，電流波腹a）無波動性。當，4.行駐波=行波+駐波當時,，部分電磁波反射電壓波、電流波為行駐波。思路及（2）根據(jù)和求例7.3.1已知傳輸線特性阻抗及電磁波波長，測量可得，試求負載?；蚪?/p>

（1）（b）當時，終端離最近的位置為(3)由得到注意：坐標原點位于負載端，故坐標z<0.（a）當時,終端離最近的位置為7.4無損耗傳輸線的入端阻抗7.4.1入端阻抗入端阻抗定義a,b端阻抗

每隔重復(fù)出現(xiàn)一次，即7.4.2不同負載下的變化規(guī)律1.終端匹配

特點沿線各點入端阻抗等于特性阻抗；b）c）負載吸收最大功率。a）行波;2.終端短路

結(jié)論：用的無損短路線等效替代一個電感。特點，全反射;駐波;提問：離終端最近處發(fā)生電壓最大值，還是最小值？感性容性圖7.4.2終端短路線Zi

圖7.4.3等效電感3.終端開路

結(jié)論：用的無損耗開路線可以替代一個電容。特點,,全反射，駐波；

容性感性提問：離終端最近處發(fā)生電流最小值，還是最大值？圖7.4.4終端開路線Zi

圖7.4.5等效電容4.終端為純電抗負載5.終端為電阻負載

終端(z=0)當當電流極值。特點：,全反射，駐波；終端非電壓、和電流的極值。特點:,行駐波，終端是電壓7.5無損耗均勻傳輸線的阻抗匹配當，即時，線路匹配。

1.ZL=R,接入無損線可實現(xiàn)線路阻抗匹配，7.5.1阻抗變換器圖7.5.1阻抗變換器2.負載為任意阻抗

從終端沿線找到第一個電壓極值點z0，此時

z0處的入端阻抗為圖7.5.2阻抗變換器接入無損耗線，且，便可實現(xiàn)阻抗匹配7.5.2單短截線變換器(StubLineTransformer)（純電抗）令解得l1，同時得到B1，再令解得l2，實現(xiàn)線路匹配。匹配條件思路選擇l1和l2圖7.5.3單短截線變換器7.6有損耗均勻傳輸線傳播常數(shù)電磁波可近似為TEM波，電壓、電流波動方程為7.6.1有損耗均勻傳輸線的方程及其解有損耗均勻傳輸線等效電路通解a）電壓、電流為減幅波，沿線能量衰減；特性阻抗（復(fù)數(shù)）傳播特性：b）波速與頻率有關(guān)，為色散波，引起信號失真；c）特性阻抗為復(fù)數(shù)，難以實現(xiàn)阻抗匹配。7.6.2均勻傳輸線的參數(shù)特性阻抗傳播常數(shù)結(jié)論：低損耗線可近似為無損耗線，傳播特性相似。振幅畸變；相位畸變信