射频电路理论与设计 第2版 教学课件 作者 黄玉兰 编著 第2章 传输线理论.ppt

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1、射频电路理论与设计（第2版）第2章传输线理论传输线是用以从一处至另一处传输电磁能量的装置。传输线理论是分布参数电路理论，传输线上的电压和电流将随空间位置而变化，使电压和电流呈现出波动性，这一点与低频电路完全不同。传输线理论用来分析传输线上电压和电流的分布，以及传输线上阻抗的变化规律。传输线举例2.1传输线等效电路表示法2.2传输线方程及其解2.3传输线的基本特性参数2.4均匀无耗传输线工作状态分析2.5信号源的功率输出和有载传输线2.6微带线2.72.1传输线举例2.1.1传输线的构成传输线主要从两方面考虑其构成，一个是从电性能方面考虑，有传输模式、色散、工作频带、功率容量、损耗等几个

2、指标；另一个是从机械性能方面考虑。1.传输线的电性能从传输模式上看，传输线上传输的电磁波分3种类型。（1）TEM波（横电磁波）：电场和磁场都与电磁波传播方向相垂直。（2）TE波（横电波）：电场与电磁波传播方向相垂直，传播方向上有磁场分量。（3）TM波（横磁波）：磁场与电磁波传播方向相垂直，传播方向上有电场分量。TEM传输线（即传输TEM波的传输线）无色散。TEM传输线的工作频带较宽。TEM传输线的功率容量和损耗应能满足设计要求。2.传输线的机械性能传输线的机械性能包括物理尺寸、制作难易度、与其他元器件相集成的难易度等指标。出于上述机械性能的考虑，传输线有平面化趋势。2.1.2传输线举例

3、传输线有TEM传输线和TE传输线、TM传输线（如波导），本书射频电路只涉及TEM传输线。TEM传输线有许多种类，常用的有平行双导线、同轴线、带状线和微带线（传输准TEM波），用来传输TEM波的传输线，一般由两个（或两个以上）导体组成。1.平行双导线2.同轴线3.带状线4.微带线2.2传输线等效电路表示法2.2.1长线传输线理论是长线理论。传输线是长线还是短线，取决于传输线的电长度而不是它的几何长度。电长度定义为传输线的几何长度l与其上工作波长λ的比值。传输线属长线，沿线各点的电压和电流（或电场和磁场）既随时间变化，又随空间位置变化，是时间和空间的函数，传输线上电压和电流呈现出了波动性，

4、所以长线用传输线理论来分析。2.2.2传输线的分布参数传输线上各点的电压和电流（或电场和磁场）不相同，可以从传输线的等效电路得到解释，这就是传输线的分布参数概念。分布参数是相对于集总参数而言的。分布参数定义如下。分布电阻R——传输线单位长度上的总电阻值，单位为Ω/m。分布电导G——传输线单位长度上的总电导值，单位为S/m。分布电感L——传输线单位长度上的总电感值，单位为H/m。分布电容C——传输线单位长度上的总电容值，单位为F/m。2.2.3传输线的等效电路2.3传输线方程及其解2.3.1均匀传输线方程传输线方程是研究传输线上电压、电流的变化规律，以及它们之间相互关系的方程。图2.6传

5、输线上电压和电流的定义及其等效电路（2.5）式（2.5）称为均匀传输线方程，又称为电报方程。（2.7）2.3.2均匀传输线方程的解（2.13）2.3.3行波A1e－jβz表示向+z方向传播的行波，A2ejβz表示向-z方向传播的行波，传输线上电压的解呈现出波动性。2.3.4传输线的二种边界条件如图2.7所示，传输线的边界条件通常有2种，一种是已知传输线终端电压V2和终端电流I2；另一种是；已知传输线始端电压V1和始端电流I1。面分别加以讨论。图2.7传输线的边界条件1.已知传输线终端电压V2和终端电流I2（2.18）2.已知传输线始端电压V1和始端电流I1（2.20）2.4传输线的基本

6、特性参数在2.3节中，得到了传输线上任意一点电压和电流的通解式（2.13），此式至关重要，通过对式（2.13）的分析可以得到传输线的基本特性参数。由式（2.13）可知传输线上任意一点的电压V(z)为与之和，其中表示沿+z方向传播的电磁波，称为入射电压;表示沿-z方向传播的电磁波，称为反射电压，入射电压与反射电压均为行波。传输线上入射电压与入射电流之比，称为传输线的特性阻抗；传输线上反射电压与入射电压之比，称为传输线的反射系数；传输线上总电压V(z)与总电流I(z)之比，称为传输线的输入阻抗。此外，传播常数和传输功率也为传输线的特性参数。2.4.1特性阻抗传输线上入射电压与入射电流之比（

7、也即行波电压与行波电流之比），称为传输线的特性阻抗，特性阻抗用Z0表示。传输线特性阻抗的一般公式为对于射频传输线特性阻抗近似为可见,在射频情况下可以认为传输线的特性阻抗为纯电阻。2.4.2反射系数传输线上的波一般为入射波与反射波的叠加。波的反射现象是传输线上最基本的物理现象，传输线的工作状态也主要决定于反射的情况。为了表示传输线的反射特性，引入反射系数Γ。1.反射系数Γ的定义及表示式反射系数是指传输线上某点的反射电压与入射电压之比。反射系数为（