传输线模型与分析.ppt
1,第二章 传输线理论,2,引言,低频和微波传输的比较 微波传输的最明显特征是使用微波传输线，例如，双导线、同轴线、带状线和微带等。很容易提出一个问题：微波传输线为什么不采用50周市电明线呢?1.低频传输线 低频时，只要研究一条线(因为另一条线是作为回路出现的)。电流几乎均匀地分布在导线内。电流和电荷可等效地集中在轴线上。由分析可知，Poynting矢量集中在导体内部传播，外部极少。事实上，对于低频，只须用I，V和Ohm定律解决即可，无须用电磁理论。,3,引言,低频和微波传输的比较不论导线怎样弯曲，能流都在导体内部和表面附近，这是因为能量分布与距离的平方成反比。,低频传输线,4,例1 计算半径r0=2mm=210-3m的铜导线单位长度的直流电阻R0 计及,引言,铜材料,同时考虑欧姆定律,低频和微波传输的比较,5,2.微波传输线 当频率升高出现的第一个问题是导体的集肤效应(Skin Effect)。导体的电流、电荷和场都集中在导体表面。例2 研究 f=10GHz=1010Hz、l=1m、r0=2mm导线的电阻R 这种情况下，其中,的表面电流密度，是衰线常数。对于良导体，由电磁场理论可知 称之为集肤深度。,引言,低频和微波传输的比较,6,计及在微波波段中，是一阶小量，对于 及以上量完全可以忽略。则,而,引言,低频和微波传输的比较,7,若和直流时的铜导线参数相同，微波波段的电阻为：,从直流到1010Hz，损耗要增加1500倍。,引言,低频和微波传输的比较,8,直线电流均匀分布 微波集肤效应,损耗是传输线的重要指标，如果要将，使损耗与直流保持相同，算出,引言,低频和微波传输的比较,9,即直径是d=6.06 m。这种情况，已不能称为微波传输线，而应称之为微波传输“柱”比较合适，2米高的实心微波传输铜柱约514吨重(铜比重是8.9T/m3)，集肤效应带来的第二个直接效果是：柱内部并无能量传输。简单而实用的微波传输线是双导线，它们与低频传输线有着本质的不同：功率是通过双导线之间的空间传输的。这时我们更加明确了Guide Line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Guide Line又不行)。D和d是特征尺寸，对于传输线性质十分重要。,引言,低频和微波传输的比较,双导线,10,本章内容,2.1 传输线集总元件电路模型 传输线电报方程，行波解2.3 端接负载的无耗传输线，时间平均功率流2.4 Smith圆图 输入阻抗图到反射系数图的映射2.5 四分之一波长变换器：频率响应2.6 源和负载失配：阻抗匹配和共轭匹配2.7 有耗传输线：低损耗线、无畸变线、微扰法、惠勒增量电感定则。,11,2.1 传输线的集总元件电路模型,传输线方程 在传输线长度内电压和电流的幅值和相位发生变化R、L：两导体单位长度的串联电阻和串联电感；G、C：单位长度的并联电导和并联电容。,KVL，KCL,传输线方程的时域形式,12,2.1 传输线的集总元件电路模型,时谐形式：,波方程：,(1)复传播常数：,(2)行波解：,(3)特征阻抗：,13,2.1 传输线的集总元件电路模型,(5)时域解：,(6)传输线上的波长和相速：,(7)无耗传输线参数：,14,2.1 传输线的集总元件电路模型,(8)有耗传输线衰减常数,15,2.3 端接负载的无耗传输线,驻波解：,终端反射系数：,线上任意位置的反射系数：,16,2.3 端接负载的无耗传输线,输入阻抗：,电压驻波比：,17,2.3 端接负载的无耗传输线,时间平均功率流：,18,2.3 端接负载的无耗传输线,端接负载无耗传输线参数归纳：(1),(2)回波损耗,(3)电压驻波比,(4)无源负载：,开路：,短路：,匹配：,有源负载：,19,2.3 端接负载的无耗传输线,端接负载无耗传输线参数归纳：(5)阻抗匹配：,(6),(7)插入损耗：,20,2.3 端接负载的无耗传输线,无耗传输线的特殊情况：短路,21,2.3 端接负载的无耗传输线,无耗传输线的特殊情况：开路,22,2.3 端接负载的无耗传输线,短路,开路,23,2.4 Smith圆图,将直角坐标系下归一化阻抗 映射到极坐标下的反射系数。其中，,映射公式：,24,2.4 Smith圆图,25,2.4 Smith圆图,Smith圆图使用讨论(1)(2)电阻圆和电抗圆垂直；(3),26,2.4 Smith圆图,(4)周期性：,(5),(6),27,2.4 Smith圆图,(7)开槽线 求,28,2.5 四分之一波长变换器,1.阻抗观点,例题2.5 四分之一波长变换器的频率响应。,29,2.5 四分之一波长变换器,2.多次反射观点,30,2.5 四分之一波长变换器,2.多次反射观点,31,2.6 源和负载失配,源和负载都失配时线上电压解：,32,2.6 源和负载失配,传输给负载的功率：,33,2.6 源和负载失配,1.负载与线匹配,2.源与带负载的线匹配,3.共轭匹配，固定，可以从源到负载的最大功率传输。,源的最大可用功率,34,2.6 源和负载失配,35,2.7 有耗传输线,低耗线复传播常数：,特征阻抗：,36,2.7 有耗传输线,2.无畸变的传输线,色散：一个宽带信号的各个频率分量将以不同的相速传播，达到传输线的接收端的时间会不同，信号会发生畸变。,37,2.7 有耗传输线,3.端接的有耗传输线,(1)线上电压、电流波,(2)反射系数,(3)输入阻抗,(4)输入功率,(5)传到负载功率,(6)传到负载功率,38,2.7 有耗传输线,4.计算衰减的微扰法,利用有耗线上的场计算低耗传输线的衰减常数时，假定有耗线上的场与无耗线上的场差异不大，因此称为微扰法。,有耗传输线上的功率流,单位长度功率损耗,衰减常数,功率损耗 可根据无耗线上的场来计算，可计及导体损耗和介质损耗,39,例题,40,例题,41,例题,
