第二章 传输线理论.ppt

1 第二章传输线理论 2 引言 低频和微波传输的比较微波传输的最明显特征是使用微波传输线 例如 双导线 同轴线 带状线和微带等 很容易提出一个问题 微波传输线为什么不采用50周市电明线呢 1 低频传输线低频时 只要研究一条线 因为另一条线是作为回路出现的 电流几乎均匀地分布在导线内 电流和电荷可等效地集中在轴线上 由分析可知 Poynting矢量集中在导体内部传播 外部极少 事实上 对于低频 只须用I V和Ohm定律解决即可 无须用电磁理论 3 引言 低频和微波传输的比较不论导线怎样弯曲 能流都在导体内部和表面附近 这是因为能量分布与距离的平方成反比 低频传输线 4 例1计算半径r0 2mm 2 10 3m的铜导线单位长度的直流电阻R0计及 引言 铜材料 同时考虑欧姆定律 低频和微波传输的比较 5 2 微波传输线当频率升高出现的第一个问题是导体的集肤效应 SkinEffect 导体的电流 电荷和场都集中在导体表面 例2研究f 10GHz 1010Hz l 1m r0 2mm导线的电阻R这种情况下 其中 的表面电流密度 是衰线常数 对于良导体 由电磁场理论可知 称之为集肤深度 引言 低频和微波传输的比较 6 计及在微波波段中 是一阶小量 对于及以上量完全可以忽略 则 而 引言 低频和微波传输的比较 7 若和直流时的铜导线参数相同 微波波段的电阻为 从直流到1010Hz 损耗要增加1500倍 引言 低频和微波传输的比较 8 直线电流均匀分布微波集肤效应 损耗是传输线的重要指标 如果要将 使损耗与直流保持相同 算出 引言 低频和微波传输的比较 9 即直径是d 6 06m 这种情况 已不能称为微波传输线 而应称之为微波传输 柱 比较合适 2米高的实心微波传输铜柱约514吨重 铜比重是8 9T m3 集肤效应带来的第二个直接效果是 柱内部并无能量传输 简单而实用的微波传输线是双导线 它们与低频传输线有着本质的不同 功率是通过双导线之间的空间传输的 这时我们更加明确了GuideLine的含义 导线只是起到引导的作用 而实际上传输的是周围空间 Space 但是 没有GuideLine又不行 D和d是特征尺寸 对于传输线性质十分重要 引言 低频和微波传输的比较 双导线 10 本章内容 2 1传输线集总元件电路模型传输线电报方程 行波解2 3端接负载的无耗传输线 时间平均功率流2 4Smith圆图输入阻抗图到反射系数图的映射2 5四分之一波长变换器 频率响应2 6源和负载失配 阻抗匹配和共轭匹配2 7有耗传输线 低损耗线 无畸变线 微扰法 惠勒增量电感定则 11 2 1传输线的集总元件电路模型 传输线方程在传输线长度内电压和电流的幅值和相位发生变化R L 两导体单位长度的串联电阻和串联电感 G C 单位长度的并联电导和并联电容 KVL KCL 传输线方程的时域形式 12 2 1传输线的集总元件电路模型 时谐形式 波方程 1 复传播常数 2 行波解 3 特征阻抗 13 2 1传输线的集总元件电路模型 5 时域解 6 传输线上的波长和相速 7 无耗传输线参数 14 2 1传输线的集总元件电路模型 8 有耗传输线衰减常数 15 2 3端接负载的无耗传输线 驻波解 终端反射系数 线上任意位置的反射系数 16 2 3端接负载的无耗传输线 输入阻抗 电压驻波比 17 2 3端接负载的无耗传输线 时间平均功率流 18 2 3端接负载的无耗传输线 端接负载无耗传输线参数归纳 1 2 回波损耗 3 电压驻波比 4 无源负载 开路 短路 匹配 有源负载 19 2 3端接负载的无耗传输线 端接负载无耗传输线参数归纳 5 阻抗匹配 6 7 插入损耗 20 2 3端接负载的无耗传输线 无耗传输线的特殊情况 短路 21 2 3端接负载的无耗传输线 无耗传输线的特殊情况 开路 22 2 3端接负载的无耗传输线 短路 开路 23 2 4Smith圆图 将直角坐标系下归一化阻抗映射到极坐标下的反射系数 其中 映射公式 24 2 4Smith圆图 25 2 4Smith圆图 Smith圆图使用讨论 1 2 电阻圆和电抗圆垂直 3 26 2 4Smith圆图 4 周期性 5 6 27 2 4Smith圆图 7 开槽线求 28 2 5四分之一波长变换器 1 阻抗观点 例题2 5四分之一波长变换器的频率响应 29 2 5四分之一波长变换器 2 多次反射观点 30 2 5四分之一波长变换器 2 多次反射观点 31 2 6源和负载失配 源和负载都失配时线上电压解 32 2 6源和负载失配 传输给负载的功率 33 2 6源和负载失配 1 负载与线匹配 2 源与带负载的线匹配 3 共轭匹配 固定 可以从源到负载的最大功率传输 源的最大可用功率 34 2 6源和负载失配 35 2 7有耗传输线 低耗线复传播常数 特征阻抗 36 2 7有耗传输线 2 无畸变的传输线 色散 一个宽带信号的各个频率分量将以不同的相速传播 达到传输线的接收端的时间会不同 信号会发生畸变 37 2 7有耗传输线 3 端接的有耗传输线 1 线上电压 电流波 2 反射系数 3 输入阻抗 4 输入功率 5 传到负载功率 6 传到负载功率 38 2 7有耗传输线 4 计算衰减的微扰法 利用有耗线上的