大三上压缩微波技术课件

PAGEPAGE1传输线一次特征参量（即分布参数 V在射频和微波电路系统中，电磁能经传输线传输的问题变得复杂。为了能有效地引导和传输电磁能量，需要设计各种形式、结构复杂的传输线。微波技术的重要12研究对2研究对在这些传输线中电场、磁场 方向垂直即场 方向的分量为零 的为TEM波（横电磁波来而言有时称为工作波工作波长一般是指电磁波在自由空 时对应波长，即0，0cTcf对于填充理想介质（相对介电常数为r,r）的输线，则波长指在该种无界理想介质中的波长， rr的相p，即导波波长引入电长度引入电长度~l1可比拟或更大的称为长线；电长度与1相比可忽略不计的为短线。可见，是长线还是短线，需视l的概念，而不是指传输线几何尺寸的绝对大小。一般l0.05 近似认为线上电压电流 低频处UIl~U(l)UeU3研究方3研究方应的是低频和直流电路中采用的 数电路模型在数电路模型中，认VZ①信号源提供能量“动”则“变UU分分无限多个微分线元段，在每一段微分线元上利用集总的微分方程，然后求解微分方程本章研究传输线问题采用的是“路”的方法，因此电压（输入阻抗。对应国际单位制中的单位分别是伏特（V）、（A）、欧姆（Ω）电压、电流都有两种定义：瞬时值和复振幅阻抗根据电压、电流的复振幅定一般是个复数瞬时值：电压瞬时值用uz,t表示，电流瞬时值用izt表示，又称为电压、电流的时域表示。二者说明：在一般情况下，传输线上的电压、电流是位置z和时间对正弦波源，电压、电流随时间做正弦或余弦变4采用的物理UUargIargIz表示）z阻抗：定义了阻抗的复数形式。即输入阻抗Zinz，个复数。ZinzUzIzIz度和初相位随位置的变化关系。UzIR0G0L0C0（对无耗线只有L0C0）等分布参围介质等决定。分别定义如下：与导线的材料及截面尺寸有关，理想导体的R0=0RdzGCz与导线周围介质材料的损耗角有关，理想介质的G0=0分布电容C0(F/m)：单位长度传输线段间的电容5传输线一次特征参量（分布参数j，vZ，称为传输线的二次把描述传输线上电压波和电特性的量 征量。其中R0jL0G0jC0j称为传播常数，称为衰减常数，称为相位常数。ZR0jL0称为特性阻抗G播的相波长。g6传输线二次特征参量 特性参量0，L0C0v ，L0 p，Z 的相速度vp、相波长p与自由空间电磁波传输速度c和波长0有何关系？③行驻波状态：③行驻波状态：负载部分反射，线上同时存在入射波和反射波ZLZ0Z0RLjX状态参量ZzZjZL ZjZtg z ,e,1j 1,0lminZZeZZ(z)ZZ(z)ee②输入阻抗ZI，1(z) 1jtan1j1tan阻抗参量不③驻(或K)、lmin(或lmax|U(z)|，1|(z)|，K|U(z)驻波参量直观地表示了电压振幅沿线的分布，可以驻波测量线直接测量ZZ1|(z)|1||11|(z)|1||的为的为TEM波。如果导线周围介质为空气，则vp长pp0,vpvp和相波长p等于电磁波在该种 的速度v和波长，即：p0,vvprr此时沿传输 的导行波 特性与自由间 介质中的均匀平面波相同为和自由空间电磁波相比较，导行波的相波长p又写成g，称为波导波长或导波波长。TEM波E(r)iE(z)iE ˆˆU(z)A x xm~H(r)iH(z)ˆˆm2e A1y yI(z)Z rr rr Z1lnD1ln 7传7传输线工作状态参传输线工作状态是指传输线终端接有不同负载时描述传输线工作状态参量有三种：①输入阻①反射系数Z(z)Z(z)Z，(z) ||ZjZtanz0ZjZtan88输线工作状①行波状态：负载匹配，线上只有入射波，无反条件ZL状态ZzZz01任L状态参Lej2z,1,1,ej,1222工作状行驻行驻|010||ZZ0、、Z、Z、R11K100K，，99duRdziLdzdiGdzuCdz，uu(z,ii(z, UUdI（GdzjC IId2Udzdzd2U(z)dzdIU(z)I(z)10传10传输线方程①传输线方程通解（频域，复振幅 zzI(z) AezAezAezejzAeze负载处为坐标原点z从负载指向源②通解（时域，瞬时值U(z)eAetzAetzI(z)ejtetz2ezcostz0源处为坐标原点，z轴从源指向负U、I为始端电压、电流④终端条件chzI2Z0sh③始端条件U(z)UchzIZshI(z)UshzIchZU(z)UcoszjIZsinI(z)jU I1cossinI(z)UIchU(z)UcoszjIZsinZI(z)jUsinzIcos 负载处为坐标原点z从负载指向源，U、I为终端压、电⑤电⑤电源、阻抗条件U(z)Ege zZZ1LI(z)Ee(eZgZ01lgj 负载处为坐标原点z从负载指向U(z)gZjleLgejlejzeL I(z) jljz gZLjlejzeL 0I(z)IUU⑥用入射波和反射系数表示无耗线一U(z)U(z)U(z)U(z)1(z)Uj2zI(z)I(z)I(z)I(z)1(z)Ii1j2z i负载处为坐z从负载指向源⑦用负载处入射波电压Ui2表示一般U(z)U I(z)I 负载处为坐标原点，z从负载指向~U~I~U~IU(z) UI (z) 1z1||I，传输线,取终端负载位置为z坐标原点,z轴从负载指向波源,其等反射系数圆（即等驻波比圆）为以原点为圆心反射系数模||为半径的圆⑧用源处入射波和反射波电压U⑧用源处入射波和反射波电压Ui1Ur1U(z)U UjzI(z)Zi1ejzr1eZU(z)U(Uz从源指向负载。j2zUIIij2z电压波腹0||~I(z)1|I(z)|~②2z(2n1)Uz1UzIz1Iz(2zz4 z((z) e Z Z1|(z|1||K1|(z)|1||1圆Z(z)Z(z)Zjtan1jZtan 2 1Z RjXZ1将描述传输线工作状状态参量：归一化输入阻抗、反射系数、驻波参量图解在一张反射系数复平面上，以供工程查用。表示这些状称圆图 j2(z)ujvj(2zz||,arg(j“源顺负逆全反射(纯电抗圆时针转|||时针转路1,短路0,匹配0,01,电压波腹①等反射系jX1全反射圆(纯电抗圆RR~R0.5●R1●R●2●R~ R值越小，等R圆越大R0单位圆即纯电抗圆，全反射R1可匹配圆(串联R开路~()阻抗圆图的~R(RRR)1半径(②等电阻X~XX0实X开路X~阻抗圆图的X(1,(1,(1,(0,±~③等电抗任意点任意点~~KR,XlzoX~~RR~R1XZZ0.50.125~2A01路●0R2R0匹配~~lmin阻抗圆(6)A~、X及~lX1圆(1)三个圆族:反圆；等电抗圆短路 R0X匹配X~(2)三个特殊点开路点；匹A开路点；短路点(3)三条特~~(4)二个特殊面1X容X~~圆平面（感性）和半圆平面（容性纯电阻纯电抗X1(5)二个旋转方阻抗圆图的一些重要的点、线、

“逆”~00011-Γ处的阻抗等于和Γ~1zAZ~数圆旋转180度（-Γ）该点即为同一位A点：阻抗Z Z ~1容0~BB点G1圆G1匹配点G~三纯电阻线纯电导线1B感~B1圆弧上半平面（容性面124变换器：由一段特性阻抗为Zlor//Z0ZinZZZ负载非纯电阻时变换器接在靠近终端的电压波腹点（l）或波节点（l）处。在lZZZZZZ ②单支②单支节匹配lF~●③YX~E(~Yd,Y~lC(Y~Y1YlYYY ~~~~~2Y1YYA在辅助圆功率功率容量Pbr：不发生电击穿情况下传输线允许传输的最大1UKU为击穿电压。耐压