電磁場與微波技術ch4傳輸線理論教材

電磁場與微波技術Chapter4

傳輸線理論TransmissionLineTheory電磁場與微波技術電磁場與微波技術?微波傳輸?shù)淖蠲黠@特征是別樹一幟的微波傳輸線，例如，雙導線、同軸線、帶狀線和微帶線等等。我們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？電磁場與微波技術低頻電路有很多課程，唯獨沒有傳輸線課程。理由很簡單：只有兩根線有什么理論可言？這里卻要深入研究這個問題。

1、低頻傳輸線在低頻中，我們主要研究一條線(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，我們只須用I，V和Ohm定律解決即可，無須用電磁理論。不論導線怎樣彎曲，能流都在導體內(nèi)部和表面附近。2.微波傳輸線當頻率升高出現(xiàn)的第一個問題是導體的趨膚效應(SkinEffect)。電磁場與微波技術導體的電流、電荷和場都集中在導體表面。［Example1］計算半徑r0=2mm的銅導線單位長度的直流線耗R0。Solution:電磁場與微波技術［Example2］研究f=10GHz、l=3cm、r0=2mm導線的線耗R。

這種情況下，其中,的表面電流密度，α是衰減常數(shù)。對于良導體，由電磁場理論可知Solution:電磁場與微波技術在微波波段中，是一階小量，對于完全可以忽略。從直流到1010Hz，損耗要增加1500倍。

比較電磁場與微波技術直線電流均勻分布微波趨膚效應若希望f＝10GHz時損耗和直流相同，則r＝3.03m。也即直徑是d=6.06m。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，其粗度超過人民大會堂的主柱。2米高的實心微波傳輸銅柱約514噸重。趨膚效應帶來的第二個直接效果是：柱內(nèi)部幾乎無能量傳輸。

電磁場與微波技術§4.1傳輸線方程和傳輸線的場分析方法TransmissionLineEquation長線及分布參數(shù)等效電路電磁場與微波技術電磁場與微波技術電磁場與微波技術Telegraphequation電磁場與微波技術電磁場與微波技術傳輸線方程及其解電磁場與微波技術電磁場與微波技術電磁場與微波技術電磁場與微波技術z’電磁場與微波技術電磁場與微波技術Case3:已知信號源和負載條件其中傳輸線上的電壓和電流是從信號源向負載傳播的入射波和從負載向信號源傳播的反射波的疊加，呈行駐波混和分布。電磁場與微波技術用場的概念分析傳輸線傳輸線周圍的媒質(zhì)無耗、均勻、各向同性，媒質(zhì)參數(shù)傳輸線上傳播TEM波，沿z方向傳播，電磁場只有橫向分量電磁場與微波技術Laplace同理由電磁場理論求得電磁場與微波技術由電路理論求得無耗時，兩方程組一致。說明用電路理論和電磁場理論分析可以得到統(tǒng)一的結果?！?.2傳輸線的基本特性參數(shù)特性阻抗復數(shù)，與f有關電磁場與微波技術在無耗或微波低耗情況下，傳輸線的特性阻抗為純電阻。雙導線：同軸線：電磁場與微波技術傳播常數(shù)

描述導行波沿導行系統(tǒng)傳播過程中的衰減和相位變化的參數(shù)（復數(shù)）電磁場與微波技術相速度：波的等相位面在傳輸方向上移動的速度無耗線：波長：傳輸線上波的振蕩，相位相差2的兩點之間距離相對值電磁場與微波技術dBm（分貝毫瓦）：功率電平對1mW的比功率dBW（分貝瓦）：功率電平對1W的比功率絕對值絕對值輸入阻抗微波阻抗：分布參數(shù)阻抗，不能直接測量低頻阻抗：集總參數(shù)阻抗d電磁場與微波技術傳輸線阻抗隨位置d而變，分布于沿線各點，且與負載有關，是一種分布參數(shù)阻抗，不能直接測量。傳輸線段具有阻抗變換作用。無耗線的阻抗呈周期性變化，具有λ/4變換性和λ/2重復性。電磁場與微波技術d＝nλ/2d＝λ/4＋nλ/2d電磁場與微波技術[Example]電磁場與微波技術反射系數(shù)反射系數(shù)Γ的定義及表示式電磁場與微波技術終端反射系數(shù)反射系數(shù)反射系數(shù)（無耗線）反射系數(shù)的模沿線是不變化的;

反射系數(shù)的幅角沿線只是d的線性函數(shù),按－2βd變化;

反射系數(shù)沿線具有λ/2的重復性.無耗線特點電磁場與微波技術ddd向負載向信號源電磁場與微波技術輸入阻抗與反射系數(shù)的關系在終端電磁場與微波技術終端反射系數(shù)

行波狀態(tài)①,②,③

電磁場與微波技術駐波系數(shù)與行波系數(shù)對于無耗線電磁場與微波技術電磁場與微波技術阻抗與駐波參量的關系駐波比負載阻抗[method1]d

通常選取駐波最小點為測量點，其距負載的距離用dmin表示，該點的阻抗為純電阻，繁瑣電磁場與微波技術[method2]d簡單電磁場與微波技術傳輸功率無耗傳輸線上任意點的傳輸功率等于該點的入射功率減去反射功率電磁場與微波技術功率容量與行波系數(shù)有關，K越大，功率容量越大?！?.3均勻無耗傳輸線工作狀態(tài)分析電磁場與微波技術dd電磁場與微波技術行波工作狀態(tài)2.負載匹配1.無限長傳輸線

電磁場與微波技術電磁場與微波技術

終端短路駐波工作狀態(tài)令電磁場與微波技術傳輸線處于駐波工作狀態(tài),沿線的波動過程消失,而只有沿線的每一點的電壓和電流的電磁振蕩電磁場與微波技術dd電磁場與微波技術

為電壓駐波的節(jié)點,電流駐波的腹點

為電壓駐波的腹點,電流駐波的節(jié)點在空間位置上,即在傳輸線的傳輸方向上,電壓駐波與電流駐波的形狀有四分之一波長的位移；在傳輸線上的每一點處,其電壓振蕩和電流振蕩在時間上有π/2的相位差，表明傳輸線上沒有功率傳輸。

在兩電壓駐波節(jié)點之間，線上各點的電壓振蕩隨時間是同相位的，其振蕩振幅大小是不相同的；在波節(jié)點兩邊各點的振蕩隨時間是反相的。沿線的阻抗是純電抗電磁場與微波技術在電壓波節(jié)處等效于串聯(lián)諧振，在電壓波腹處等效于并聯(lián)諧振，在其它位置的輸入阻抗或呈電感性或呈電容性，并周期性變化。任意電抗性負載可用一有限長度的短路線來代替。

終端開路電磁場與微波技術輸入阻抗在電壓的腹點（電流節(jié)點）相當于低頻電路中的并聯(lián)諧振輸入阻抗在電壓的節(jié)點（電流腹點）相當于串聯(lián)諧振在其它位置的輸入阻抗或呈電感性，或呈電容性，并周期性變化終端為電壓波腹點、電流波谷點，阻抗為無窮大。開路線上的沿線電壓、電流和阻抗分布可以從短路線縮短（或延長）四分之一波長得到。電磁場與微波技術dd電磁場與微波技術dd

終端接純電感負載電磁場與微波技術

終端接純電容負載dd電磁場與微波技術ddd電磁場與微波技術駐波工作狀態(tài)的共同特點電壓和電流的振幅是位置的函數(shù),具有固定不變的波節(jié)點和波腹點，兩相鄰波節(jié)點之間的距離為λ/2。短路線終端是電壓波節(jié)點、電流波腹點；開路線終端是電壓波腹點、電流波節(jié)點；接純電感負載時，距負載第一個出現(xiàn)的是電壓波腹點；接純電容負載時，距負載第一個出現(xiàn)的是電壓波節(jié)點。

沿傳輸線上各點的電壓和電流隨時間和位置變化都有π/2相位差，故線上既不傳輸能量也不消耗能量。電壓或電流波節(jié)點兩側各點相位相反，相鄰兩節(jié)點之間的相位相同。傳輸線的輸入阻抗為純電抗,且隨頻率和傳輸線的長度而變化,當頻率f一定時,沿線的阻抗隨傳輸線的長度而變,或相當于電感,或相當于電容,或具有諧振(串聯(lián)或并聯(lián)諧振)的性質(zhì).電磁場與微波技術行駐波工作狀態(tài)電磁場與微波技術行波駐波電磁場與微波技術電磁場與微波技術相鄰相距λ/4行駐波工作狀態(tài)的共同特點沿線電壓和電流是位置的函數(shù)，具有波腹點和波谷點，但波谷值不為0.阻抗的數(shù)值周期性變化。在電壓波腹點和電壓波谷點，輸入阻抗為純電阻。每隔四分之一波長，阻抗性質(zhì)變換一次；每隔