《微波技术与天线(第二版)》(刘学观)电子教案第1章

1、1.1均匀传输线方程及其解1.2传输线阻抗和状态残奥仪1.3无损耗传输线的状态分析1.4传输线的传输功率、效率和损耗1.5阻抗匹配1.6斯米尔圆图及其应用1.7同轴线的特性阻抗学习问题，第一章均匀传输线理论微波传输线， 是用于传输微波的信息和能量的各种形式的传输系统的总称，其作用是在一定方向传输电磁波，也被称为波导系统，将该传输的电磁波也称为波导。 一般将截面尺寸、形状、介质分布、材料以及边界条件不变的波导系统称为规则波导系统，也称为均匀传输线。 将前进波传播的方向称为纵方向，将与波导传播的方向垂直的方向称为横方向。 没有纵向电磁场成分的电磁波称为横向电磁波，即TEM波。 此外，传输线路本身的

2、不连续性可以构成各种形式的微波无源器件，这些个的零配件与均匀传输线路、有源零配件及天线一起构成微波系统。 微波传输线大致可分为3类。 第1个由2根或2根以上的平行导体构成，其传送的电磁波为横电磁波(TEM波)或准TEM波，因此也称为TEM波传输线，主要包含平行双重线、同轴线、脱衣舞线和微波脱衣舞线等，如图1 - 1(a )所示。 第二种是均匀填充了介电质的金属波导，电磁波在管内传播，因此称为波导，主要包括矩形波导、圆波导、脊波导和椭圆波导等，如图1- 1(b )所示。 第三类是介电质传输线，电磁波在传输线的表面传播，因此被称为表面波导，主要包含介电质波导、镜像线和单表面波传输线等，如图1 c所

3、示。 另外，对于图1-1各种微波传输线路(a )的双导体传输线路(b )、波导(c )介电质传输线路、均匀传输线路的分析方法，通常两种：之一是场分析法，即根据麦克斯韦方程组求出满足边界条件的波动解，得到传输线路的电场和磁场的表现式，分析传输特性的第二种是等效电路法从传输线方程得到满足边界条件的电压、电流波动方程的解，得到沿线等效电压、电流的表达式，分析传输特性。 前者的方法虽然严格，但在数学上复杂，后者的方法实质上在一定的条件下是“化场为道”，由于具有一盏茶的精度、数学上简便，因此被广泛采用。 1.1均匀传输线路方程式及其解、1 .均匀传输线路方程式由均匀传输线路构成的波导系统都与图1- 2(

4、a )所示的均匀平行2线系统等效。 其中，传输线路的始端连接微波信号源(简称为源)，终端连接负载，传输线路的纵坐标选择为z，坐标原点选择为终端，波沿负的z方向传播。 在均匀传输线上的任意点z，将电阻Rz、电感量Lz、电容Cz、漏电导Gz (其中，r、l、c、g分别表示单位长度电阻、单位长度电感量、单位长度电容、单位长度漏电导有消耗和无消耗的传输线的等效电路、图1-2均匀传输线及其等效电路(a )均匀平行双线系统(b )消耗均匀平行双引线的等效电路(c )传输线的等效电路(d )无消耗传输线的等效电路，这是均匀传输线方程式，也称为电报方程式。 关于时调电压和电流，可以用u(z，t)=ReU(z)

5、e jt i(z，t)=ReI(z)e jt，(1-1-4)和复振幅来表示，式中，如果将(1-1-5)、上式代入(1- 1- 3)式，则可以得到时调传输线路方程式关于电压的解，使用U(z)=U (z) U-(z)=A1e z A2e z (1- 1- 7a )、(1-1-6)、式中A1、式(1-1-5)得到的电流的通电解，如果设为(1- 1-7b、式中=j，则得到传输线上的电压和电流在确定保留系数时，如从图1 a可以看出的，传输线的边界条件通常包括以下三种类型的：已知终止电压Ul和终止电流Il。 已知起始端电压Ui和起始端电流Ii。 已知源极电动势Eg、内部电阻Zg和负载阻抗Zl。 3 .传输线的工作特性残奥仪表1 )特性阻抗Z0将传输线上的波导的电压与电流之比定义为传输线的特性阻抗，由Z0表示，将其倒数称为特性导纳，由Y0表示。 由式(1- 1- 6)和(1- 1- 7)得到的被定义为特性阻抗的通式是(1-1-13 )，特性阻抗Z0通常为复数，与动作频率相关联。 这是因为与负载和源极无关地由传输线自身的分布残奥表决定，所以被称为特性阻抗。 对于均匀无损耗传输线路，R=G=0，传输线路的特性阻抗此时为实数，与频率无关。 可知，(1-1-14 )损耗小时的特性阻抗大致为实数。 对于直径d、间距d的平行双引