第3章 传输线理论 无线通信射频电路技术与设计 教学课件 电子教案.ppt

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1、第3章传输线理论教学重点本章重点介绍了传输线的种类和传输线的集总元件电路模型;端接开路、短路等特殊终端的无耗传输线的输入阻抗以及在射频电路中的应用;阻抗、导纳、组合阻抗-导纳Smith圆图的特点与应用方法。教学重点教学重点掌握:端接开路、短路等特殊终端的无耗传输线的输入阻抗及应用;Smith圆图的特点与应用方法。了解:传输线的种类、结构特性及在射频电路中的应用。熟悉:端接负载的有耗传输线的输入阻抗和入射波的功率损耗、计算损耗的微扰方法等。能力要求本章目录第一节传输线理论基础第二节传输线的种类第三节传输线的集总元件电路模型第四节端接负载的无耗传输线第五

2、节有耗传输线第六节Smith圆图知识结构传输线理论传输线理论基础普通传输线结构及特性传输线的种类传输线的集总元件电路模型端接负载的无耗传输线有耗传输线Smith圆图平面传输线结构及特性由电路理论过渡到集总元件电路集总元件电路上的传输线的场分析电压反射系数传播常数和相速驻波开路线、短路线、四分之一波长传输线低耗线无畸变输入阻抗入射波的功率损耗用微扰方法求损耗惠勒增量电感定则特殊变换阻抗Smith圆图导纳Smith圆图阻抗-导纳组合Smith圆图§3.1传输线理论基础1.一个向+z方向传播的电波,其沿x方向的电场可用数学方法表示为:它的空间特性用沿z方向

3、的波长表征,而时间特性用时间周期T=1/f表征。2.基尔霍夫电压和电流定律§3.2传输线的种类3.2.1普通传输线结构及特性1、双线传输线平行双线传输线2、同轴线同轴线的示意图§3.2传输线的种类同轴线的特性参数§3.2传输线的种类3、波导矩形波导圆柱形波导§3.2传输线的种类矩形波导的特性参数§3.2传输线的种类3.2.2平面传输线结构及特性1、带状线2、微带线带状线微带线§3.2传输线的种类带状线的特性§3.2传输线的种类3、悬置式微带线和倒置式微带线悬置式微带线倒置式微带线§3.2传输线的种类4、槽线印制槽线的几何图形5、共面传输线共面波导共面

4、带状线§3.3传输线的集总元件电路模型3.3.1由电路理论过渡到集总元件电路由基尔霍夫电路定理可得:传输线方程:其中,为复传播常数,其为频率的函数。细分导线及其集总元件电路§3.3传输线的集总元件电路模型传输线方程的解:由此可得特征阻抗:综上所述,可以求出电压波形的时域表达式是:其中,是复电压的相位角。§3.3传输线的集总元件电路模型3.3.2集总元件电路上的传输线的场分析1、单位长度的自感:2、单位长度的电容:3、单位长度的电阻:4、单位长度的并联电导:§3.3传输线的集总元件电路模型一些常用传输线的传输线参量§3.4端接负载的无耗传输线3.4.1

5、电压反射系数引入反射系数:在z=0处,阻抗为负载阻抗,其表达式为:求解得反射系数:可以算出开路线的电压反射系数为1,短路线的电压反射系数为-1。在负载阻抗与线路匹配时,不产生反射,也就是说,入射波电压被负载完全吸收。简单高频电路示意图§3.4端接负载的无耗传输线3.4.2传播常数和相速复传播常数的表达式:无耗线路中有R=G=0,因此:式中,为衰减系数,为波数。波长、相速、与频率、波数之间的关系:§3.4端接负载的无耗传输线3.4.3驻波驻波是在振动频率、振幅和传播速度相同而传播方向相反的两列波叠加时产生的。驻波上振幅最大处称为波腹,振幅最小处称为波节

6、。相邻两个波节和波腹之间的距离是半个波长。驻波比(SWR):通常使用的是电压驻波比,用反射系数表示成:§3.4端接负载的无耗传输线3.4.4开路线、短路线、四分之一波长传输线1、终端短路传输线由V/I得出输入阻抗为:终端短路的传输线§3.4端接负载的无耗传输线终端短路的传输线阻抗是的周期函数,周期为。在终端短路传输线中,电压、电流和阻抗随线路长度的变化§3.4端接负载的无耗传输线2、终端开路的传输线输入阻抗:终端开路传输线开路传输线电压、电流和阻抗与线长度的关系§3.4端接负载的无耗传输线3、特定长度的端接传输线若,则有:。半波长线不改变或不变换负载

7、阻抗,无论该线的特征阻抗是多少。若,则有:这样的传输线称为四分之一波长变换器,它能够以倒数的方式变换负载阻抗,当然传输线的特征阻抗也是有影响的。§3.5有耗传输线3.5.1低耗线当传输线是低耗线,即,有:§3.5有耗传输线例题计算同轴线的衰减常数。解:由式,并代入同轴线的各个参数的表达式,可以得到:其中是填充同轴线的介电材料的本征阻抗。同时,,上述计算衰减的方法要求L,C,R和G是已知的。§3.5有耗传输线3.5.2无畸变无畸变是有耗传输线的一种特例,以线性参量为特征,这些参量满足关系:可求出复传播常数为:是频率的线性函数;不是频率的函数。§3.5有

8、耗传输线3.5.3输入阻抗最大输出功率条件:功率:得出:传输线结构的等效集总参数最佳功率传输需要传输线阻抗和

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