微波技術(shù)基礎(chǔ)電子科大第15次課

微波技術(shù)基礎(chǔ)詹銘周副教授電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院地點(diǎn)：清水河校區(qū)科研樓B336

電話：61830860

電郵：mzzhan@回顧分布參數(shù)電路——傳輸線微元化——電報(bào)方程——電壓波電流波表達(dá)式——三種端接條件傳輸線的分布參數(shù)——傳輸線的特性參數(shù)——傳輸線的工作參數(shù)傳輸線的三種工作狀態(tài)內(nèi)容0、行駐波特性1、均勻有耗線的特性2、功率與損耗3、有耗線理論的應(yīng)用4、有耗、無耗線的對(duì)比5、均勻波導(dǎo)等效為傳輸線(掌握等效的依據(jù)和原則)5.6.3行駐波狀態(tài)——最普遍的部分反射情況產(chǎn)生條件：傳輸線終端為一般負(fù)載，即波的分布狀態(tài)：傳輸線上既有行波又有駐波，稱為行駐波。波節(jié)不為零，波腹也不等于終端入射波振幅的兩倍，反射波小于入射波。行駐波狀態(tài)下，有①RL≠0②XL＝0時(shí)，RL≠Z0傳輸線的工作狀態(tài)—行駐波狀態(tài)因此電壓電流的表達(dá)式為：注意：與行波、駐波的差別由形式似乎看出：前一部分是行波，而后一部分是全駐波。行駐波狀態(tài)下的工作參量電壓駐波比S的物理意義是電壓振幅最大值與最小值之比。它應(yīng)大于等于1。對(duì)于行波為，對(duì)于全駐波為無窮大。電壓駐波比S是系統(tǒng)參量，而不是線上各點(diǎn)的函數(shù)。負(fù)載阻抗與駐波系數(shù)，駐波相位的關(guān)系式為波腹處，輸入阻抗為波節(jié)處，輸入阻抗為行駐波狀態(tài)下沿線電壓電流振幅分布特點(diǎn)：電壓電流分純駐波分布完全相似RL±jXL的情況與jXL類似RL>Zo與開路類似RL<Zo與短路類似其不同點(diǎn)是：行駐波的波腹不等于入射波振幅的2倍，而是與反射系數(shù)有關(guān)，為入射波振幅的

行駐波的波節(jié)不等于0，而是與反射系數(shù)有關(guān)，為入射波振幅的不同負(fù)載條件下，波在同軸線上的狀態(tài)行波不同負(fù)載條件下，波在同軸線上的狀態(tài)駐波不同負(fù)載條件下，波在同軸線上的狀態(tài)容性負(fù)載不同負(fù)載條件下，波在同軸線上的狀態(tài)感性負(fù)載不同負(fù)載條件下，波在同軸線上的狀態(tài)非匹配電阻性負(fù)載，行駐波不同負(fù)載條件下，波在微帶線上的狀態(tài)不同負(fù)載條件下，波在微帶線上的狀態(tài)不同負(fù)載條件下，波在微帶線上的狀態(tài)與傳輸線長(zhǎng)度相關(guān)的特殊情況傳輸線為四分之波長(zhǎng)奇數(shù)倍的時(shí)候，1、純電抗元件的類型發(fā)生變化；2、開路狀態(tài)與短路狀態(tài)可互相變換。3、電阻元件的阻值可實(shí)現(xiàn)歸一化的倒數(shù)。作用：用于濾波器和阻抗變換器中。傳輸線為半波長(zhǎng)整數(shù)倍（四分之波長(zhǎng)偶數(shù)倍）的時(shí)候，端接負(fù)載阻抗不發(fā)生變化。5.7均勻有耗傳輸線的特性與分析1、均勻無耗線（R=G=0）的傳輸特性是利用工作參量（Zin，Γ，S，lmin）描述傳輸線的工作狀態(tài)2、負(fù)載和傳輸線的特性參量決定了電壓波和電流波在線上的分布情況3、理想模型——但是，與實(shí)際情況很接近，具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值。5.7均勻有耗傳輸線的特性與分析4、當(dāng)與的條件不成立時(shí)，傳輸線本身的損耗（包括導(dǎo)體損耗、介質(zhì)損耗和輻射損耗）不能忽略，必須考慮損耗引起的衰減→有耗線?！獙?shí)際工程中的真實(shí)情況。5、有耗線與無耗線的傳輸特性——工作狀態(tài)基本一致，線上電壓和電流均是入射波與反射波的疊加。5.7均勻有耗傳輸線的特性與分析6、傳輸線存在損耗，入射波和反射波的幅度均要沿著各自傳播方向呈指數(shù)衰減：入射波反射波有耗線上的電壓和電流（且）反射系數(shù)反射系數(shù)的模值說明，有耗線的反射系數(shù)模值越靠近源端，反射系數(shù)越小——反射波也被衰減；無耗線呢？5.7有耗傳輸線的特性分析無耗傳輸線公式中的jβ用α＋jβ替代α=0.4NP/m傳輸線長(zhǎng)度：4m幅度10V以負(fù)載為z=0點(diǎn)，正方向入射波反射波電壓駐波比1、有耗線與無耗線相比駐波比減小了。2、有耗線的駐波比距離負(fù)載越遠(yuǎn)，S越小.3、有耗線的S—>S(z),無耗線的S與距離z無關(guān)思考題： 有耗線與無耗線相比，駐波系數(shù)是增大了還是減小了？衰減常數(shù)為0.02NP/m的有耗線在端接10歐姆負(fù)載時(shí)，傳輸線長(zhǎng)度從1mm到100mm的駐波變化情況：5——》3.2負(fù)載阻抗與駐波系數(shù)，駐波相位的關(guān)系式為每個(gè)波腹處，輸入阻抗為每個(gè)波節(jié)處，輸入阻抗為此時(shí)，通過測(cè)試最大最小電壓法測(cè)試麻煩，一般不用損耗大的線作為測(cè)試系統(tǒng)傳輸線上任意一點(diǎn)處得輸入阻抗

工程應(yīng)用的方便，關(guān)心長(zhǎng)度為l的有耗傳輸線 終端短路終端開路一種有耗傳輸線特性阻抗的測(cè)量方法

1.測(cè)出其終端短路的始端輸入阻抗；

2.測(cè)出其終端開路的始端輸入阻抗。

3.5.7有耗傳輸線的特性分析←注意是復(fù)數(shù)有耗線的傳播常數(shù)5.7有耗傳輸線的特性分析

由于開路和短路輸入阻抗是復(fù)數(shù)，將其展開為實(shí)部和虛部，可得衰減常數(shù)和相位常數(shù)。

提供了一種微波測(cè)試的依據(jù)，來測(cè)試微波傳輸線的特性參數(shù)。5.8傳輸功率與傳輸效率5.8.1傳輸功率

傳輸線上任一點(diǎn)z通過功率的時(shí)間平均值還可以表示為5.8傳輸功率與傳輸效率通過功率等于入射波功率與反射波功率之差。傳輸功率的擊穿功率，或稱為傳輸線的功率容量結(jié)論：線上耐壓一定時(shí)，駐波系數(shù)越小傳輸功率越大，功率容量也越大。

傳輸線有耗，但終端接匹配負(fù)載，如輸入端傳輸功率為，則經(jīng)過線長(zhǎng)的傳輸后，消耗在有耗線中的功率為5.8傳輸功率與傳輸效率5.8.2傳輸效率

傳輸線的傳輸效率定義為負(fù)載吸收的功率和傳輸線輸入功率之比，即

5.8傳輸功率與傳輸效率因此，傳輸效率為或當(dāng)傳輸線終端匹配（=0）時(shí)，有耗傳輸線的效率最大且為

5.8傳輸功率與傳輸效率無耗線的傳輸效率為100%利用有耗線的損耗特性。應(yīng)用之一，pi型或T型衰減網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)之間如果駐波很差，引起電路之間失配，能量傳輸效果差，對(duì)有源器件，特別是放大器—自激。利用有耗線理論，AB之間插入損耗網(wǎng)絡(luò)C，此時(shí)，發(fā)射系數(shù)減小，電路達(dá)到穩(wěn)定。以功率損耗換取電路的穩(wěn)定性，比用隔離器簡(jiǎn)單，便宜。N1N2ABCR1R2R2ZcZcATT雖然傳輸?shù)哪芰繙p小了3dB，但是反射的能量卻減小了6dB，VSWR明顯改善有耗線與無耗線之對(duì)比例題5.8-2已知的是負(fù)載條件去求，注意符號(hào)5.9均勻?qū)Рㄏ到y(tǒng)等效為均勻傳輸線等效的依據(jù)和條件1、傳輸線電路理論→TEM波→基本物理量是電壓和電流。2、把均勻到波系統(tǒng)等效為用電壓電流描述的傳輸線，必須把電場(chǎng)，磁場(chǎng)分貝等效為電壓和電流。3、TEM波波導(dǎo)（同軸，雙導(dǎo)線等）是雙導(dǎo)體系統(tǒng)，單值的電壓電流的確存在——電場(chǎng)積分求電壓波，磁場(chǎng)積分得電流波（與積分路徑無關(guān)）——》進(jìn)而定義特性阻抗（行波電壓/行波電流）4、對(duì)于傳播TE、TM波的波導(dǎo)系統(tǒng)——不存在TEM波傳輸線上那樣的單值電壓波和電流波。TM模，在壁面上，對(duì)橫向電場(chǎng)積分為零；對(duì)TE模，線積分與積分路徑有關(guān)（多值性）那么，不能等效？還是只能在一定條件下等效？

對(duì)一般導(dǎo)波系統(tǒng)而論，其電壓和電流只能在一定條件下等效而得，而且只有形式上的意義?！獮槔脗鬏斁€理論而人為引入的電壓和電流參數(shù)。

尋求定義等效電壓和等效電流及阻抗的依據(jù)將無耗單模導(dǎo)波系統(tǒng)中傳播的場(chǎng)與無耗均勻傳輸線上的行波電壓和行波電流具有的特性做比較。由此可見，導(dǎo)波系統(tǒng)中的傳播模的橫向電場(chǎng)和橫向磁場(chǎng)具有類似于均勻傳輸線上的電壓波和電流波的性質(zhì)。建立：矢量參數(shù)——標(biāo)量參數(shù)的聯(lián)系內(nèi)涵：功率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，電場(chǎng)與磁場(chǎng)的幅度對(duì)應(yīng)關(guān)系。由功率相等：阻抗關(guān)系

取值具有任意性，只要滿足功率條件即可實(shí)用中的主要有兩種取法。波導(dǎo)系統(tǒng)中的TE，TM模的等效參量TE模無耗導(dǎo)波系統(tǒng)中TE模的場(chǎng)分量的一般表達(dá)式為波導(dǎo)系統(tǒng)中的TE的等效參量波導(dǎo)系統(tǒng)中的TM的等效參量TM模無耗導(dǎo)波系統(tǒng)中TM模的場(chǎng)分量的一般表達(dá)式為波導(dǎo)系統(tǒng)中的TM的等效參量波導(dǎo)系統(tǒng)中的TM的等效參量以TE10模為例：取 作為等效傳輸線的特性阻抗如果模式電壓取 （TE10模的電場(chǎng)沿波導(dǎo)寬邊中心積分得到的）則模式電流為等效電壓波電流與電磁場(chǎng)的功率關(guān)系不相等!!!怎么解決?為了保證路方法和場(chǎng)方法的功率相等在選擇 作為傳輸線等效特性阻抗的時(shí)候，模式電壓和模式電流為這樣，一段工作在單模的均勻?qū)Рㄏ到y(tǒng)等效為一對(duì)均勻傳輸線的情況，可表示為或特性阻抗的選取具有任意性。。模式電流驗(yàn)證模式電壓和模式電流滿足傳輸線方程

能不能把阻抗等效為1，這時(shí)，是否沒有反射？問題：這樣等效之后，在參考面處的電壓波和電流波就不連續(xù)了思考。能不能把阻抗等效為1，這時(shí)，是否沒有反射？________兩段傳輸線的電壓電流的表達(dá)式變化了。事實(shí)上可以這樣做，該方法稱為歸一化等效，在算兩段不同的傳輸線的時(shí)候，就必須去歸一化。一般，同一系統(tǒng)，最好采用同一種等效方法。思考：當(dāng)多個(gè)模式存在如何等效？傳輸n個(gè)模式的導(dǎo)波系統(tǒng)對(duì)于均勻柱面波導(dǎo)，有無數(shù)個(gè)TE模和TM?？梢栽谄渲袀鞑?。根據(jù)功率正交性，傳輸n個(gè)模式的導(dǎo)波系統(tǒng)，可以等效為n對(duì)均勻傳輸線，對(duì)于每個(gè)不同的模式，可以用一根不同的傳輸線來進(jìn)行等效。注意：其等效的傳輸線的特性參量應(yīng)與波導(dǎo)的對(duì)應(yīng)模式的特性參量一一對(duì)應(yīng)！結(jié)論1、由此，將導(dǎo)波系統(tǒng)中的場(chǎng)量等效為路量之后，導(dǎo)波系統(tǒng)中模式的傳輸問題便可用等效傳輸線來分析。2、對(duì)導(dǎo)波系統(tǒng)等效方法是可以用電壓來等效電場(chǎng)，電流等效磁場(chǎng)，從而等效為傳輸線。等效的基本原則是必須滿足功率相等，且滿足一