微波技术基础5.ppt

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1、传输线的电路理论传输线的电路模型集总参数电路（低频时）电能和磁能存储、消耗在元件上。电路尺寸<<波长，线上各点电位相同。称为短线集中参数电路和分布参数电路的分界线可以认为是分布参数电路（高频时）电路各处均有能量存储、消耗，包括导线。电路尺寸≈波长，线上各点电位不同。称为长线传输线的电路理论一般传输线的要求：能量损耗小，工作频带宽，功率容量大，传输效率高，尺寸小和成本低。分析方法：场解法和微波等效电路法。传输线的定义能够导引电磁波沿一定方向传输的导行波系统。场解法—根据边界和初始条件求电磁场波动方程的解，得出电磁场随时间和

2、空间的变化规律；微波等效电路法—利用分布参数电路的理论（传输线的电路模型）来分析电压波（对应电场）和电流波（对应磁场）随时间和空间的变化规律。传输线的电路理论传输线电路理论场解法—结构简单的元件，分析起来也是相当繁琐，复杂结构的元件就更难以进行。微波等效电路法—又称传输线电路理论，亦称分布参数电路理论，将电磁场的问题，在一定条件下化为电路的问题来求解，即“化场为路”，使问题得以简化。传输线电路理论是微波电路设计和微波网络理论的基础。传输线的电路理论两种分析方法的对比学习内容传输线方程及解分布参数阻抗传输线的工作状态及参量

3、(有耗/无耗)史密斯圆图及应用阻抗匹配传输线的电路理论均匀传输线：沿线各处分布参数值不变非均匀传输线：沿线各处分布参数值不同传输线传输线的电路理论传输线等效电路传输线等效为集总参数传输线的电路理论TEM波传输线等效电路模型传输线方程及其解传输线的电路理论传输线的电路理论——传输线方程及解时谐均匀传输线，省去时间因子电报方程（传输线电压、电流波动方程）其解为：由电报方程可推得传输线的电路理论——传输线方程及解上面的方程有四个未知量A1，B1，A2，B2，但是I(Z）的表达式可继续写为：传输线的电路理论——传输线方程及解其中

4、这样待定系数只剩下了A1，B1；A1、B1决定于传输线的端接条件，通常端接条件有三种：（1）已知终端电压UL和电流IL；（2）已知始端电压Us和电流Is；（3）已知激励源的电动势Es、内阻抗Zs和负载阻抗ZL。常见情况是第1种。（称传输线特性阻抗）传输线的电路理论——传输线方程及解坐标z的起点选择在负载端即z=0，有：解之传输线的电路理论——传输线方程及解上式就是已知传输线终端电压、电流时，线上任意一点的电压、电流解。因此其解表明:传输线的电压、电流由一列向负载方向传输波，即入射波，和另一列向波源传播的波，即反射波，两列

5、波叠加而成，呈行驻波混合分布。传输线的电路理论——传输线方程及解令（入射波）（反射波）因此传输线的电路理论——传输线方程及解传输线的电路理论——传输线方程及解V(z)，I(z)还可表示为写成矩阵形式利用了（下去自己推导一下）如果传输线无耗同样容易推导出：若坐标z的起点选在波源端，即选择始端端接条件，线上任意一点的电压、电流表达式为：传输线的电路理论——传输线方程及解传输线的特性参量传输线的特性参量是指传输线的结构尺寸，填充媒质及工作频率所决定的量，直接与传输线的分布参数有关。主要有传输线的特性阻抗、传播常数、导波的相速和

6、波导波长。(1)传输线的特性阻抗定义—传输线上行波电压与行波电流之比,用Z0表示；其倒数称为传输线的特性导纳Y0。传输线的电路理论（一般是个复数,与工作频率有关）或因此，特性阻抗是传输线上任意处入射波电压与入射波电流之比或反射波电压与反射波电流之比的负值。无耗传输线低耗传输线传输线的电路理论—特性参量平行双线同轴线(常用特性阻抗值为50欧，75欧)传输线的电路理论—特性参量（2）传播常数一般表达式称为衰减常数，表示单位长度上行波振幅变化；称为相移常数，表示单位长度上行波相位变化。无耗传输线传输线的电路理论—特性参量传输线

7、的电路理论—特性参量微波低耗传输线因此可得（p119）(3)相速和波导波长相速的定义与场解法中的电磁波的相速定义完全一样，是指行波等相位面移动的速度，这里系指电压、电流行波。将平行双线/同轴线的C1、L1值代入上式,得:非磁性介质传输线的电路理论—特性参量以上例子表示：传输线上电压，电流波的相速与场解法求得的TEM波的相速完全相同。因此传输线的特性阻抗可以由单位长度分布电容或分布电感来求得。波导波长的定义与场解法定义电磁波导的波长一样，是波在一周期内沿线所传播的距离，即传输线的电路理论—特性参量无耗传输线对于实用的微波传

8、输线式中是真空或自由空间电磁波的波长。该式表明，传输线上电压、电流波的波长与TEM波的波长完全相同。传输线的电路理论—特性参量传输线上随所接负载不同或位置不同而变化的量，称传输线的工作参量。传输线的电路理论传输线的工作参量输入阻抗（或导纳）反射系数传输系数驻波系数和驻波相位主要有定义：在传输线上，参考面（z处）的总电