第1章 传输线理论PPT课件

传输线理论传输线是一种用来将电磁能量从一个地方传输到另一个地方的装置。传输线理论是一种分布参数电路理论，它是场分析和基本电路理论的桥梁。随着工作频率的增加，波长不断减小。当波长可以与电路的几何尺寸相比较时，传输线路上的电压和电流会随空间位置而变化，使电压和电流波动，这与低频电路完全不同。传输线理论用于分析传输线上的电压和电流分布以及传输线阻抗的变化规律。在无线电频段，基尔霍夫定律不再适用，必须用传输线理论代替低频电路理论。本章主要以平行双导体为例，从道路的角度阐述传输线理论。在本章中，首先给出了传输线分布参数的等效电路和传输线方程第6页。然后介绍了传输线的基本特性参数。然后分析了无损传输线的工作状态和信号源的功率输出。最后，讨论了微带线。例如，1.1.1传输线主要由两个方面组成：一是从电气性能方面，包括传输方式、色散、工作频带、功率容量和损耗。二是从机械性能方面考虑，有尺寸、制造难度和集成难度等几个指标。从传输方式的角度来看，有三种类型的电磁波在传输线路上传输。横电磁波：电场和磁场垂直于电磁波的传播方向。(2)TE波(横波):电场垂直于电磁波的传播方向，在传播方向上有一个磁场分量。(3)TM波(横向磁波):磁场垂直于电磁波的传播方向，在传播方向上有电场分量。透射电子显微镜传输线(即传输透射电子显微镜波的传输线)中没有色散。瞬变电磁传输线具有宽的工作频带。瞬变电磁传输线的功率容量和损耗应符合设计要求。传输线的机械特性传输线的机械特性包括物理尺寸、易于制造、易于与其他元件集成等。由于上述机械特性，传输线趋于平坦化。传输线的例子包括透射电子显微镜传输线、透射电子显微镜传输线和透射电子显微镜传输线(例如波导)。这本书里的射频电路只涉及到瞬变电磁传输线。透射电镜传输线有多种类型，包括平行双导体、同轴线、带状线和微带线(传输准透射电镜波)。用于传输瞬变电磁波的传输线通常由两个(或更多)导体组成。第16页，第1页。平行双导体2。同轴线3。带状线和微带线，第17页，图1.1平行双导体，第18页，图1.2同轴线，第19页，图1.3带状线，第20页，图1.4微带线，第21页，1.2传输线等效电路表示，以及1.2.1长线传输线理论是长线理论。传输线是长还是短取决于传输线的电长度，而不是它的几何长度。电长度被定义为传输线的几何长度L与其上的工作波长之比。当传输线的几何长度L大于或相当于在其上传输的信号的工作波长时，传输线被称为长线；否则，它可以被称为短期。长线和短线是相对的概念。在射频电路中，传输线的几何长度有时只有几厘米，但它仍然被称为长线，因为这个长度已经大于或类似于工作波长。相反，即使承载商业电力的电力线的几何长度是几公里，它仍然比商业电力的波长(6000公里)小得多，所以它只能被认为是一条短线。电路理论和传输线理论的区别主要在于电路尺寸和波长的关系。在中国保监会传输线是一条长线。沿线各点的电压和电流(或电场和磁场)随时间和空间位置而变化，空间位置是时间和空间的函数。输电线上的电压和电流呈现波动性，因此用传输线理论分析长线。传输线理论适用于长线，用于分析传输线上的电压和电流分布以及传输线阻抗的变化。在射频波段，必须用传输线理论代替电路理论。传输线理论是电路理论和电磁波理论的结合。传输线理论可以被认为是电路理论的延伸或电磁波方程的解。输电线路的分布参数输电线路上各点的电压和电流(或电场和磁场)是不同的，可以从输电线路的等效电路来解释，这就是输电线路分布参数的概念。分布参数与集总参数相关。传输线理论是一种分布参数电路理论，它认为分布电阻、分布电感、分布电容和分布电导这四个分布参数存在于传输线的所有位置。随着频率的增加，分布参数引起的阻抗效应增加，不能再忽略。根据传输线上的分布参数是否均匀分布，传输线可以分为均匀传输线和非均匀传输线。本章主要讨论均匀传输线。所谓均匀传输线是指其几何尺寸、相对位置、导体材料和导体周围介质特性不随电磁波传输方向而变化的传输线，即沿线分布参数均匀分布。分布参数定义如下。分布式电阻R传输线每单位长度的总电阻值，单位为/m。G传输线每单位长度的总电导值，单位为s/m。L传输线每单位长度的总电感值，单位为h/m。分布式电容C传输线每单位长度的总电容，单位为f/m。传输线的等效电路，第36页，图1.5，第37页，1.3传输线方程及其解。 和1.3.1均匀传输线方程传输线方程是研究传输线上电压和电流的变化规律及其相互关系的方程。 对于均匀传输线，分布参数沿线路均匀分布，因此只需要考虑线元dz的情况。图1.6传输线及其等效电路上的电压和电流的定义，第40页，(1.5)，第41页，方程(1.5)称为均匀传输线方程和电报方程。如果电压以方程(1.13)的复数形式表示，A1E-J Z表示沿Z方向传播的行波，A2ejz表示沿-z方向传播的行波，传输线上的电压解显示波动。如果电流以方程(1.13)的复数形式表示，则它表示沿该方向传播的行波和沿该方向传播的行波，输电线上电流的解也显示波动性。传输线的两种边界条件如图1.7所示。传输线通常有两种边界条件。一个是已知的传输线的端电压V2和端电流I2。另一个是：传输线的端电压V1和端电流I1是已知的。双方分别进行了讨论。图1.7传输线的边界条件，第48页，1。已知端子电压V2和端子电流I2 (1.18)，第49页，2。第50页的已知端电压V1和端电流i1 (1.20)以及公式(1.20)是已知端电压和电流时传输线各点的电压和电流分布。在第1.3节中，得到了输电线上任意点的电压和电流的通解公式(1.13)。这个公式非常重要。传输线的基本特性参数可以通过分析公式(1.13)获得。从等式(1.13)可以看出，传输线上任何点的电压v (z)是电压V(z)的和，其中el传输线上任何一点的电流I (z)是电流I (z)和电流I(z)之差，电流I(z)代表电磁波在z方向传播，称为入射电流。沿-z方向传播的电磁波称为反射电流，入射电流和反射电流都是行波。传输线的入射电压与入射电流之比称为传输线的特性阻抗。传输线的反射电压与入射电压之比称为传输线的反射系数。传输线的总电压V(z)与总电流I(z)之比称为传输线的输入阻抗。特征阻抗、反射系数和输入阻抗都是传输线的特征参数。此外，传播常数和传输功率也是传输线的特征参数。传输线上的入射电压与入射电流之比(即行波电压与行波电流之比)称为传输线的特性阻抗，用Z0表示。从方程(1.11)中，我们可以得到传输线特性阻抗的一般公式为，第57页，对于射频传输线特性阻抗近似为(1.21)。可见，在射频条件下，传输线的特性阻抗可以视为纯电阻。反射系数传输线上的波通常是入射波和反射波的叠加。波的反射现象是传输线最基本的物理现象，传输线的工作状态也主要由反射决定。为了表达传输线的反射特性，引入了反射系数。反射系数的定义和表达式反射系数是指传输线某一点的反射电压与入射电压之比，它也等于传输线某一点的反射电流与入射电流之比的负值。反射系数为(1.24)。第60页，图1.8中传输线的入射电压、反射电压和反射系数，第61页，(1.27)是终端反射系数。公式(1.28)表明，在无损传输线上任何点的反射系数的模数是相同的。这个结论是非常重要的，它表明尽管反射波和入射波在无损传输线上的任何点的相位是不同的，但是振幅比是恒定的。综上所述，可以得出以下结论。(1)反射系数随传输线的位置而变化。(2)反射系数复杂，反映了反射波和入射波之间的相位差。(3)无损传输线上任意点的反射系数的模量是相同的，表明无损传输线上任意点的反射波振幅与入射波振幅的比值是恒定的。(4)反射系数是周期为的周期函数。反射系数和终端负载之间的关系可以从等式(1.29)中看出，传输线的终端负载ZL决定了终端反射系数1。因为在无损传输线上的任何点处的反射系数的模量是相同的，所以终端负载ZL决定了无损传输线上的反射波的振幅。根据终端负荷ZL的性质，输电线上将有三种不同的运行状态。当ZL=Z0， L=0时，传输线没有反射波，只有入射波，这称为行波状态。当ZL=0(端子短路)时，l=-1；当ZL=T (终端开路)时，l=1；当ZL=jXL(端子连接到纯无功负载)时，| L |=1。当ZL=RLXL，0 | L | 1时，入射波能量部分被载荷吸收，部分被反射，称为部分反射工作状态和驻波状态。