均匀传输线中的导行电磁波1.ppt

GuidedElectromagneticWaveinUniformTransmissionLine 第七章均匀传输线中的导行电磁波 有损耗均匀传输线 无损耗均匀传输线的阻抗匹配 无损耗传输线的入端阻抗 无损耗传输线中波的反射和透射 无损耗均匀传输线的传播特性 无损耗均匀传输线方程 序 下页 返回 7 0序 Introduction 分布参数电路 当实际电路尺寸与工作波长接近时的电路模型 传输线作用 引导电磁波 将能量或信息定向地从一点传输到另一点 传输线种类 平行双线 同轴电缆 平行板传输线 金属波导和介质波导等 下页 上页 返回 图7 0 1分布参数等效电路 均匀传输线 传输线的材料及其物理参数相同 几何尺寸相同 沿传输线周围的媒质相同 TEM波 波传播的方向上无电场和磁场的分量 本章要求 熟练掌握均匀传输线的稳态分析方法 并灵活应用其方法 深刻理解电压波和电流波的传播特性 行波 驻波 匹配等 掌握有损耗传输线的无畸变条件 下页 上页 返回 7 1无损耗均匀传输线方程 LosslessUniformTransmissionLineEquation 结点电流方程 回路电压方程 略去dz的二阶无穷小项 传输线方程 和 下页 上页 返回 图7 1 1均匀传输线电路模型 从中可得u和i的波动方程 和 式中 电压波动方程 电流波动方程 下页 上页 返回 7 2无损耗均匀传输线的传播特性 7 2 1瞬态解 InstantaneousSolution 通解 u 入射电压波 u 入射电压波 波动方程 PropagatingCharacteristicofLosslessUniformTransmissionLine i 反射电流波 i 反射电流波 下页 上页 返回 7 2 2正弦稳态解 SinusoidalSteadySolution 方程的解 式中 传播常数 相位常数 瞬态形式 复数形式 下页 上页 返回 方程的解 特性阻抗 characteristicimpedance 所以 下页 上页 返回 参数 特性阻抗的元参数 平行板 双平行线 同轴电缆 下页 上页 返回 无损耗传输线 特性阻抗的元参数 参数 平行板 双平行线 同轴电缆 下页 上页 返回 1 已知始端和 将已知条件代入通解 解得复常数 代入通解 图7 2 1已知始端 下页 上页 返回 整理后 注意 终端为坐标原点 沿线z0 下页 上页 返回 2 已知终端和 将已知条件代入通解 解得复常数 代入通解 得到 图7 2 2已知终端 下页 上页 返回 3 传输线任一点处的有功功率 传输线无损耗 所以任一点的P相同 入射波功率 反射波功率 下页 上页 返回 7 3无损耗传输线中波的反射和透射 7 3 1反射系数和透射系数 ReflectionandTransmissionCoefficients 1 负载端反射系数 图7 3 1传输线接负载 ReflectionandTransmissiononLosslessTransmissionLine 负载端 反射系数 下页 上页 返回 2 沿线任一点反射系数 3 非均匀传输线的反射系数和透射系数 反射系数 z 0处 结论 无限长均匀无损传输线可等效为 透射系数 图7 3 2非均匀传输线 下页 上页 返回 4 沿线各点电压 电流表达式 下页 上页 返回 7 3 2传输线工作状态 WorkingStatesofTransmissionLine 2 行波 当时 S 1 无反射 匹配matching a 沿线电压 电流同相 无反射 b 电源发出的能量全部被负载吸收 匹配特点 1 驻波比S 定义 电压 电流为行波 travelingwave 下页 上页 返回 3 驻波 如 开路 则 当 即 当时 发生全反射 电压波 电流波为驻波 下页 上页 返回 电压波腹 电流波节 c 时间相位差90 无能量传播 电能与磁能在空间相互转换 b 当 驻波特点 电压波节 电流波腹 a 无波动性 当 下页 上页 返回 4 行驻波 行波 驻波 当时 部分电磁波反射 电压波 电流波为行驻波 下页 上页 返回 思路 及 或 解 1 下页 上页 返回 b 当时 终端离最近的位置为 3 由得到 注意 坐标原点位于负载端 故坐标z 0 a 当时 终端离最近的位置为 下页 上页 返回 7 4无损耗传输线的入端阻抗 7 4 1入端阻抗 InputImpedance 7 4 1入端阻抗 LosslessTransmissionLine sInputImpedance 定义 a b端阻抗 每隔重复出现一次 即 下页 上页 返回 7 4 2不同负载下的变化规律 1 终端匹配 特点 Zi sCharacteristicUnderDifferentLoads a 行波 下页 上页 返回 2 终端短路 结论 用的无损短路线等效替代一个电感 特点 全反射 驻波 提问 离终端最近处发生电压最大值 还是最小值 下页 上页 返回 图7 4 2终端短路线Zi 图7 4 3等效电感 3 终端开路 结论 用的无损耗开路线可以替代一个电容 特点 全反射 驻波 提问 离终端最近处发生电流最小值 还是最大值 图7 4 5等效电容 下页 上页 返回 图7 4 4终端开路线Zi 4 终端为纯电抗负载 5 终端为电阻负载 终端 z 0 当 当 下页 上页 返回 7 5无损耗均匀传输线的阻抗匹配 当 即时 线路匹配 1 ZL R 接入无损线可实现线路阻抗匹配 ImpedanceMatchedofLosslessTransmissionLine 7 5 1阻抗变换器 ImpedanceTransformer 图7 5 1阻抗变换器 下页 上页 返回 2 负载为任意阻抗 从终端沿线找到第一个电压极值点z0 此时 z0处的入端阻抗为 图7 5 2阻抗变换器 下页 上页 返回 7 5 2单短截线变换器 StubLineTransformer 纯电抗 匹配条件 思路 选择l1和l2 图7 5 3单短截线变换器 下页 上页 返回 7 6有损耗均匀传输线 传播常数 电磁波可近似为TEM波 电压 电流波动方程为 LossUniformTransmissionLine 下页 上页 返回 图7 6 1有损耗均匀传输线等效电路 通解 a 电压 电流为减幅波 沿线能量衰减 特性阻抗 复数 传播特性 下页 上页 返回 b 波速与频率有关 为色散波 引起信号失真 c 特性阻抗为复数 难以实现阻抗匹配 7 6 2均匀传输线的参数 UniformTransmissionLine sParameters 特性阻抗 传播常数 结论 低损耗线可近似为无损耗线 传播特性相似 在低损耗传输