《微波技术与天线》第二章传输线理论pa.ppt

2019/7/30,1,第二章 传输线理论,2019/7/30,2,内 容,引言 均匀传输线方程及其解 传输线的基本特性（重点） 均匀无耗传输线的工作状态（重点） 阻抗圆图及其应用 阻抗匹配,2019/7/30,3,引言,传输线（即导波系统） 用以引导电磁波的装置。 微波传输线 传输微波能量和信号的线路。 基本要求 频带宽 衰减低 单模传输,2019/7/30,4,引言,微波传输线三种结构类型 1、双导体传输线（TEM）（非色散波） 平行双线 同轴线 带状线 微带线,无纵向电磁场分量Ez=Hz=0 电磁力线位于导波系统的横截面内,2019/7/30,5,引言,微波传输线三种结构类型 2、金属波导（TE或TM）（色散波） 矩形波导 圆波导 椭圆波导,TE波：Ez=0（电力线在导波系统横截面内），Hz0（磁力线为空间曲线） TM波：Hz=0 （磁力线在导波系统横截面内）， Ez0（电力线为空间曲线）,2019/7/30,6,引言,微波传输线三种结构类型 3、介质波导（TE和TM的混合波）（色散波） 镜像线 脊波导 介质线,EH波：Ez 0，Hz0（TE波和TM波的线性叠加）,2019/7/30,7,引言,分析电磁波沿传输线的传播特性的方法 1、“场”分析法 Maxwell 方程/波动方程 各场量时空变化规律 适合研究色散波（TE/TM/EH波）传播系统 2、“路” 分析法分布参数电路（等效电路法） 传输线方程 线上等效电压/电流的时变规律 适合研究非色散波（TEM波）传输线,边界条件,边界条件,2019/7/30,8,引言,分布电路参数模型 1、长线的概念 长线 传输线的几何长度和线上传输电磁波的波长的比值1 或1 的传输线。 短线传输线的几何长度0.1 ）-长线,2019/7/30,9,引言,分布电路参数模型,相同的传输线，虽然不同频率、不同几何长度，但电长度相同，都属于长线。,2019/7/30,10,传输线长度为10CM，当信号频率为937.5MHz时，此 传输线是长线还是短线？当信号频率为6MHz时，此传 输线是长线还是短线？ 【解】,例2.1,2019/7/30,11,引言,分布电路参数模型 2、分布参数和集总参数 短线 集总参数（集中储能和耗能) f 低 C：电场能量；L：磁场能量 ；R：消耗电磁能量；忽略元件连接线的分布参数效应,2019/7/30,12,引言,分布电路参数模型 2、分布参数和集总参数 长线 分布参数（处处有储能和耗能） f 高，电路元件 损耗 电场能量和磁场能量分布在空间。,辐射损耗r 导体损耗c 介质损耗d,趋肤效应-载流截面高频电阻 分布电阻效应 高频电流-高频磁场 分布电感效应 两线间有电压-高频电场 分布电容效应 漏电流 -并联电导 分布电导效应,2019/7/30,13,引言,均匀传输线的分布参数及其等效电路 均匀传输线 传输线的几何尺寸、相对位置、导体材料以及周围媒质特性沿电磁波传输方向不改变。 分布参数及其计算 分布参数-单位长度上的量值 分布电阻 分布电导 分布电容 分布电感,2019/7/30,14,2019/7/30,15,均匀传输线的分布参数及其等效电路 等效电路 均匀传输线分割成许多微分段z(z)，每个微分段是短线，可看作集总参数电路，集总参数分别为R z、G z、L z及C z 等效电路,2019/7/30,16,均匀传输线方程及其解,基尔霍夫定律 均匀传输线方程 均匀传输线方程的通解 均匀传输线方程的定解,始端、终端边界条件,2019/7/30,17,均匀传输线方程及其解,研究传输线上电压、电流的变化规律及其相互关系的方程 传输线的始端接角频率为的正弦信号源,终端接负载阻抗ZL 。坐标的原点选在终端。,2019/7/30,18,均匀传输线方程及其解,由基尔霍夫定律可推导均匀传输线方程,均匀传输线方程（电报方程）,2019/7/30,19,均匀传输线方程及其解,对于时谐电压和电流, 可用复振幅表示为,时谐传输线方程,单位长度串联阻抗 单位长度并联导纳,2019/7/30,20,均匀传输线方程及其解,均匀传输线方程的解 通解,传输线电压/ 电流波动方程,2019/7/30,21,均匀传输线方程及其解,其中 令,特性阻抗,传播常数，衰减常数，相位常数,传输线上的电压和电流的瞬时值表达式,2019/7/30,22,均匀传输线方程及其解,A1和A2为常数，由传输线始端和终端边界条件决定 A1=0 沿+z方向传播的行波(反射波) A2=0 沿-z方向传播的行波（入射波） 当A1=A20时，驻波分布,2019/7/30,23,均匀传输线方程及其解,边界条件 终端（z=0）电压UL和电流IL（最常用） 始端（z=l）电压Ui和电流Ii 信源电动势Eg和内阻Zg以及负载ZL,2019/7/30,24,均匀传输线方程及其解,已知终端边界条件（z=0、U(0)=UL、I(0)=IL ）,2019/7/3