均匀传输线理论.ppt

1、第5章 均匀传输线理论,导行电磁波: 沿着导波系统传输的电磁波,传输线: 用于引导电磁波的导线，也叫导波系统,常见的导波系统:,双绞线,平行双导线,电缆线,同轴电缆,金属管波导,矩形波导 圆形波导 椭园波导 加脊波导,介质波导,光导纤维(光纤),平面波导,微带线,带状线,矩形波导,圆形波导,加脊波导,平行双导线,同轴电缆,微带线,双导线：只用于低频波，高频时有电磁辐射。,同轴线：无电磁辐射，工作频带宽； 微带线用于印刷电路。,介质波导：传输毫米波到光波波段。,波导：电磁损耗小，无辐射，主要用于3GHz30GHz的频带范围。,电磁波频谱表,本章主要内容:,TEM波传输线 无耗传输线的工作状态 圆

2、图,5.1均匀传输线理论概述,1. 长线与短线,长线:,短线,电路理论,长线理论,电路理论认为电路是短线,在分析电路上的电压和电流时,忽略了电路上 导线之间的电容和电路回路的电感,以及导线的电阻和导线之间的电导.,而长线理论在分析电路上的电压和电流时,考虑电路上导线之间的电容 和电路回路的电感,以及导线的电阻和导线之间的电导.,传输线理论也叫长线理论,一 导波形式和传输线分类,导波形式:,横电磁波（TEM）,横电波（TE）,横磁波（TM）,传输线分类：,TEM 模传输线：双导体系统,非TEM模传输线：金属波导、 介质波导,矩形波导,圆形波导,加脊波导,平行双导线,同轴电缆,微带线,双导线：只用

3、于低频波，高频时有电磁辐射。,同轴线：无电磁辐射，工作频带宽； 微带线用于印刷电路。,介质波导：传输毫米波到光波波段。,波导：电磁损耗小，无辐射，主要用于3GHz30GHz的频带范围。,二 双导线型传输线的基本要求以及分布参数,基本要求： 工作频带宽 功率容量大 损耗小 工作稳定性好 尺寸小成本低,分布参数：分布电阻 分布电感 分布电容 分布电导,2. 电报方程-长线的电路微分方程,一对导线形成的简单的电路,单位长度的 电感 电容 电阻 电导,分布参数电路模型,单位长度串联阻抗,单位长度并联导纳,电报方程(的复数形式),3. 电报方程的解,传播常数,衰减常数,相位常数,电压与电流的关系,特性阻

4、抗,4. 无损耗传输线,5. 低损耗线,例1:,同轴线,求Z.,解:,例2. 平行双导线,在空气中,求Z.,解:,特性阻抗,5.2 无耗传输线上的电压和电流波,终端电压反射系数,在终端z=0,传输线终端接任意负载,驻波或驻行波,在电压波腹点,在电压波节点,电压驻波比(VSWR),输入阻抗,1),只有入射波,无反射波 入射波全被负载电阻吸收 负载阻抗与传输线特性阻抗匹配,2),终端短路,3),终端开路,感性负载,容性负载,容性负载,感性负载,开路,并联谐振,短路,串联谐振,短路,串联谐振,可以用一节短路或开路线实现 一个电容 一个电感 一串联谐振回路 一并联谐振回路,例1: 用一段特性阻抗为50

5、欧姆空气填充的短路线在频率为300兆赫兹时, 实现L=0.1uH的电感,求短路线的长度.,解:,短路线的输入阻抗为,电感的阻抗为,5.3 SMITH圆图,反射系数,输入阻抗,反射平面,等反射系数圆,等 圆,Smith圆图,圆图上的特殊点和线,1、匹配点,坐标圆点,2、纯电抗圆,开路点,短路点,开路点,短路点,3、纯电阻线,实轴,正实轴,负实轴,4、等电感线和等电容线,感性,容性,向源方向,应用举例,已知,求：,解：,已知,求：,解：,(1),画,圆,(2),(3),(4),导纳圆图,圆图可以解决的问题,(1),(2),(3),(4),(5),已知,求,电压波腹或波节位置,阻抗（导纳）,导纳（阻抗）,阻抗匹配,应用,已知,求,解：,已知,求,解,开路点,短路点,传输线匹配,匹 配 网 络,三种匹配状态,负载与传输线之间的匹配,信号源与传输线之间的匹配,信号源的共轭匹配,匹 配 网 络,匹 配 网 络,信号源给出最大功率,例: 为特性阻抗为50的传输线级联一节传输线,使其与100 的负载匹配,求:级联传输线的Z,l,解:,无反射,波长阻抗变换,例3:,为特性阻抗为75的传输线和导纳为Y=(2-j)/75(S) 的负载进行阻抗匹配.,解:,阻抗匹配 网络,给出两种方法:,要求短