微波技术基础-1-传输线理论(最终版)课件.ppt

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1、微波技术基础传输线理论0内容：掌握传输线的分布参数模型和场分析；理解无耗传输线方程及解，掌握均匀无耗传输线的基本特性及工作状态分析；掌握Smith圆图及其应用，掌握传输线的阻抗匹配。重点：均匀无耗传输线的基本特性及工作状态分析。难点：Smith圆图及其应用，传输线的阻抗匹配。教学学时：7学时。教学大纲11.1低频传输线与微波传输线1.2无耗传输线方程及解1.3无耗传输线的基本特性1.4均匀无耗传输线工作状态的分析1.5Smith圆图及其应用1.6传输线的阻抗匹配内容提要传输线理论2内容提要传输线理论1.1低频传输线与微波传输线1.

2、2无耗传输线方程及解1.3无耗传输线的基本特性1.4均匀无耗传输线工作状态的分析1.5Smith圆图及其应用1.6传输线的阻抗匹配3低频传输线在低频传输线（如电力线、电话线、音频线）中，电流几乎均匀地分布在导线内。一般可将低频传输线等效为电阻（或阻抗）加以研究。4例1：计算r0=2mm的铜导线传输直流电时单位长度的损耗。低频传输线其中铜的电导率为解：5微波传输线在微波传输线（如天线馈线、闭路电视线）中，由于频率较高，导线会发生集肤效应(SkinEffect)，也称趋肤效应，即电流、电荷和场都向导体表面集中，从而导致导线有效面积减小

3、，损耗增大。6计算r0=2mm的铜导线传输f=10GHz信号时单位长度的损耗。由电磁场理论可得导线内的电流密度其中，J0为导线表面的电流密度，为衰减常数。可得，与传输直流相比，损耗增加约显然，将微波束缚在导线中进行传输是行不通的。微波传输线7如果要使损耗与直流保持相同，易算出也即直径是d=6.06m。8这时，使我们更加明确了GuideLine的含义，导线只是起到引导的作用，而实际上传输的是周围空间(Space)(但是，没有GuideLine又不行)。D和d是特征尺寸，对于传输线性质十分重要。双导线平行双线横截面内的能流密度分布9在

4、微波传输线中，导线起引导的作用，而非传导。同轴电缆同轴电缆电磁场分布图微波传输线10短线：长度远小于电磁波的波长的传输线。长线：与电磁波的波长接近甚至更长的传输线。长线是分布参数电路，短线则可以认为是集总参数电路。微波传输线11分布电阻R：集肤效应引起的损耗分布电感L：导线周围的高频磁场分布电容C：两线间的高频电场分布电导G：两线间的漏电流微波传输线分布参数的单位？12微波传输线当传送微波信号时，无耗传输线各点的电压和电流不仅是时间的函数，而且是位置的函数，这与低频时有显著的不同。开尔文最早发现和研究了这一现象：电报信号的反射、传

5、输都与低频有很大的不同。以此为基础开创了传输线理论。传输线方程也称电报方程。13由上述分析可知，微波传输有其独特的本质，低频电路的理论、方法和技术已不再适合微波传输的要求。与低频传输线不同，微波传输线不是将微波束缚在导线中，而是将绝大部分微波功率通过导线之外的空间进行传输，导线只起引导的作用。研究微波传输线的传播特性时通常将传输线作为分布参数进行处理，得到传输线的等效电路，然后利用基尔霍夫定律分析电压和电流的传输特性，即“场”“路”相结合的方法。小结14内容提要传输线理论1.1低频传输线与微波传输线1.2无耗传输线方程及解1.3无

6、耗传输线的基本特性1.4均匀无耗传输线工作状态的分析1.5Smith圆图及其应用1.6传输线的阻抗匹配15无耗传输线方程及解无耗传输线条件：R=G=0无耗传输线实际并不存在，但由于传输线通常采用良导体，介质又是低耗材料，损耗很小，一般可将传输线近似认为是无耗的。无耗传输线方程：研究传输线上电压、电流变化规律及其相互关系的方程。可由无耗传输线的等效电路导出。16为了研究无限长传输线的支配方程，定义电压u和电流i均是距离和时间的函数，即(2-1)均匀传输线方程的解17利用Kirchhoff定律，有当典型Δz→0时，有式(2-3)是均匀

7、传输线方程或电报方程(2-3)(2-2)均匀传输线方程的解18(2-4)式中，U(z)、I(z)只与z有关，表示在传输线z处的电压或电流的有效幅值。(2-5)如果我们着重研究时谐(正弦或余弦)的变化情况，有：均匀传输线方程的解(2-4)19无耗传输线是我们所研究的最重要条件之一，可表示为：R=0，G=0。这时方程写为二次求导的结果(2-7)(2-6)无耗传输线方程的解20同样，和均匀平面波类比最后，求解的结果也作了类比.注意：(2-8)均匀传输线方程的解相位常数21很易得到均匀传输线方程的解式(2-8)称为传输线方程之通解。而A1

8、，A2的确定还需要边界条件。其中：特性阻抗均匀平面波中波阻抗22把通解转化为具体解，必须应用边界条件。所讨论的边界条件有：终端条件、始端条件和电源、阻抗条件。所建立的也是两套坐标，z从源出发，z’从负载出发。均匀传输线方程的解图2-6边界条件坐标系