电磁场课件第二章传输线的基本理论.ppt

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1、第二章传输线的基本理论§2.0引言§2.1传输线方程及其解§2.2无耗均匀传输线的工作状态§2.3阻抗与导纳圆图及其应用§2.4有损耗均匀传输线§2.0引言一、传输线的概念二、微波传输线的分类三、电力传输线与信号传输线之间的区别四、传输线研究的问题和分析方法一、传输线的概念导引电磁波传播的机构通称为传输线，而传输线具有明确的电路概念。传输线是用以传输电磁波信息和能量的各种形式的传输系统的总称。微波传输线是用以传输微波信息和能量的各种形式的传输系统的总称，它的作用是引导电磁波沿一定方向传输,因此又称为导波系统,其所导引的电磁波被称为导行波。一般将截面尺寸、形状

2、、媒质分布、材料及边界条件均不变的导波系统称为规则导波系统,又称为均匀传输线。把导行波传播的方向称为纵向,垂直于导波传播的方向称为横向。传输线本身的不连续性可以构成各种形式的微波无源元器件,这些元器件和均匀传输线、有源元器件及天线一起构成微波系统。二、微波传输线的分类第一类是双导体传输线,它由两根或两根以上平行导体构成,因其传输的电磁波是横电磁波或准TEM波,故又称为TEM波传输线,主要包括平行双线、同轴线、带状线和微带线等。第二类是均匀填充介质的金属波导管,因电磁波在管内传播,故称为波导,主要包括矩形波导、圆波导、脊形波导和椭圆波导等。第三类是介质传输线,

3、因电磁波沿传输线表面传播,故称为表面波波导,主要包括介质波导、镜像线和单根表面波传输线等。各种微波传输线三、电力传输线和信号传输线传送低频、直流或统而言之传送电力的传输线，与传送载有信号电流的线路是有重大差别的。前者一般是传送单一低频（或直流），注重其功率容量及传输损耗，线上各点处电流的相位差极其微小而可不计。用来传送信号的传输线，要求适应很高的频率且有频带宽度要求，线上不同位置处电流的相位差非常明显因而不能不考虑传输线的位置效应。传送信号的传输线，作为信道其容量的概念不再指所能承受的电功率，而是可用频带宽度或可实现的信息速率。四、传输线研究的问题和分析方法

4、传输线研究的问题是分析传输线的传输特性。对均匀传输线的分析方法通常有两种:第一种是场分析法,即从麦克斯韦尔方程出发,求出满足边界条件的波动解,得出传输线上电场和磁场的表达式,进而分析传输特性;第二种是等效电路法,即从传输线方程出发,求出满足边界条件的电压、电流波动方程的解,得出沿线等效电压、电流的表达式,进而分析传输特性。前一种方法较为严格,但数学上比较繁琐,后一种方法实质是在一定的条件下“化场为路”,有足够的精度,数学上较为简便,因此被广泛采用。本章从“化场为路”的观点出发,分析传输线的一般理论。首先建立传输线方程,导出传输线方程的解,引入传输线的重要参

5、量——阻抗、反射系数及驻波比;然后分析无耗传输线的特性,给出传输线的匹配、效率及功率容量的概念。§2.1传输线方程及其解一、传输线的分布参量方程二、正弦时变条件下传输线方程的解三、对传输线解的讨论一传输线的分布参量方程一般情况下均匀传输线单位长度上有四个分布参数:分布电阻R0、分布电导G0、分布电感L0和分布电容C0。它们的数值均与传输线的种类、形状、尺寸及导体材料和周围媒质特性有关。传输线可分为长线和短线,长线和短线是相对于波长而言的。所谓长线是指传输线的几何长度和线上传输电磁波的波长的比值(即电长度)大于或接近于1。反之称为短线。1短线分布参数等效电路短

6、线分布参数可以用其集总的等效电路表示。一段传输线实际上就是由无穷多部分网络链接的系统。为什么高频条件下要考虑电路分布参数2传输线方程描述均匀传输线上电压、电流空间分布和时间变化的微分方程，也叫电报方程。二正弦时变条件下传输线方程的解通过求解满足一定边界条件的传输线方程可以得到线上电压和电流的分布规律。进而认识传输线的传输特性。1正弦时变条件下传输线方程2方程的通解3已知信源端电压、电流时传输线方程的解。4已知负载端电压、电流时传输线方程的解。1正弦时变条件下传输线方程令信源角频率已知，线上的电压、电流皆为正弦时变规律（或称为谐变），这样具有普遍性意义。2方程

7、的通解典型波动方程的解传播常数和波阻抗3已知信源端电压和电流时的解边界条件求待定系数解的具体形式用到的数学公式4已知负载端电压和电流时的解边界条件求待定系数解的具体形式坐标变换三对传输线解的讨论通过求解传输线方程可以得到不同边界条件下线上电压和电流的分布的表示形式，不同边界条件下表示形式有内在的统一性，线上电压和电流与位置有关。1．传输线上的入射波与反射波2．均匀无损耗传输线3．传输线上任一位置处的输入阻抗4．负载匹配时的传输线5．低频时的传输线1传输线上的入射波与反射波线上电压和电流的瞬时表达式：线上的电压和电流的均是以波动的形式存在的，可以看成是入射波和

8、反射波的叠加。反射波和入射波是沿传播方向衰减的行波，