均匀传输线传输线理论.ppt
1,第一讲 微波传输线理论,王培章（副教授）,理工大学通信工程学院,卫星系微波教研室,2,第一章 均匀传输线理论,微波传输线均匀传输线方程及其解均匀传输线的传输特征及特征参数传输线的传输功率、效率和损耗无耗传输线的三种工作状态史密斯圆图无耗传输线的阻抗匹配,3,传输线的分布参数,高频磁场 分布电感高频电场 分布电容高频电流的趋肤效应 分布电阻介质的漏电流 分布电导,4,平行双导线和同轴线的分布参数,5,均匀传输线的等效电路,6,2.2 均匀传输线方程及其解,7,2.2.1 均匀传输线方程,均匀传输线方程（电报方程）,8,时谐形式的传输线方程,我们着重研究时谐(正弦或余弦)的变化情况,单位长度串联阻抗（/m）,单位长度并联导纳（S/m）,9,2.2.2 均匀传输线方程的解,我们分析的是正弦稳态解,是传播常数,其通解是：,是传输线的特征阻抗,10,方程的物理意义,电压的瞬时表达式，（电流的类似）,沿-z方向的入射波,沿+z方向的反射波,11,(1)已知终端电压UL和终端电流IL,12,解的表达式,双曲函数形式,13,(2)已知始端电压U0和始端电流I0,14,解的表达式,双曲函数形式,15,2.3 均匀传输线的传输特性和特性参数,2.3.1 均匀传输线上行波的传输特性1、特性阻抗,注意不是总电压、电流的比,用传输线的分布参数表达为,无耗,低损耗情况,16,常见的TEM模传输线的特性阻抗,特性阻抗仅与传输线的结构相关平行双导线,低损耗同轴线,17,2、传播常数,a表示行波沿传输方向单位长度上的振幅衰减。称为：衰减常数每经过一米，衰减e-a倍，无耗传输线a=0单位是Np/m；1Np=8.686dBb表示行波沿传输方向单位长度上的相位滞后，称为相位常数每经过一米，滞后b(rad)，单位是rad/m,18,传输线损耗的影响,无耗,无色散：相速与频率无关,有耗 b不再与w成线性关系，相速与w相关，称为色散效应。此时，传输线称为色散传输线,对于平行双导线或同轴线有：,19,2.3.2 均匀传输线上的三个重要参数,1、输入阻抗Zin定义：传输线上任意点电压U(z)电流I(z)之比定义为该点向负载方向看进去的的输入阻抗Zin(z),对于无耗传输线,20,无耗传输线上输入阻抗的特性,l/2阻抗重复性：传输线上相距l/2的任意两点的阻抗相同,l/4阻抗变换(倒置)性：传输线上相距l/4的任意两点的阻抗性质发生转换：,是tan(b)的重复性,感性阻抗小于特性阻抗开路,容性阻抗大于特性阻抗短路,21,2、反射系数G(z),定义：传输线上任意点z处的反射波电压(电流)与入射波电压(电流)之比是电压(电流)的反射系数Gu(Gi),一般反射系数就是电压反射系数G(z),22,电压反射系数G(z),终端反射系数,反射系数相角,反射系数模,对于有耗传输线，沿传输线方向反射系数的模呈指数衰减；相角线性连续滞后，并周期变化，其周期为l/2,23,无耗传输线的反射系数,反射系数的模始终等于终端反射系数的模沿传输线以l/2的周期变化具有l/2重复性,24,3、输入阻抗与反射系数的关系,终端负载与终端反射系数的关系,25,电压驻波比的定义,传输线上电压振幅最大值与最小值的比称为电压驻波比r,对于无耗线,26,行波系数的定义,传输线上电压振幅最小值与最大值的比称为行波系数K,27,均匀传输线参数小结(行波),特性阻抗,传播常数,相速,波长,28,均匀传输线参数小结(无耗),输入阻抗,反射系数,l/2阻抗重复性 l/4阻抗变换(倒置)性,具有l/2重复性,电压驻波比行波系数,29,2.5 无耗传输线的三种工作状态,无耗传输线的方程,30,条件：反射系数：GL0，没有反射负载：ZLZ0，又称匹配负载电压电流分布：瞬时表达式：,2.5.1 行波状态,输入阻抗：,31,无耗传输线行波状态的特点,振幅分布规律：沿线电压电流振幅保持不变，其值为入射波电压和电流的振幅值，电压振幅值是电流振幅值的Z0倍相位分布规律：沿线电压和电流的相位在传播方向上线性连续滞后，任意点电压电流同相阻抗分布规律：各点输入阻抗等于传输线特性阻抗参数：驻波比r=1，行波系数K=1传输功率：负载吸收功率最大，等于入射波功率,32,2.5.2 驻波状态,条件：反射系数：|GL|1，是全反射状态负载：ZL必须为短路、开路和纯电抗,因为,所以,（1）ZL0（2）ZL（3）ZLjXL,33,终端负载短路,反射系数电压电流分布：瞬时表达式：,沿线电压电流的瞬时分布和振幅分布，如上图,终端短路,电压电流瞬时分布,电压电流振幅分布,阻抗变化曲线,不同长度的短路线对应的等效电路,35,终端负载短路的特征,振幅分布规律：沿线电压电流振幅按余弦变化，极大值点称为波腹点，极小值点称为波节点。在z=nl/2(n=0,1,2,)电压为0，电流为2|A1|/Z0(入射波的两倍)，该点为电压波节点，电流波腹点；在z=(2n+1)l/4(n=0,1,2,)电压为2|A1|(入射波的两倍)，电流为0，该点为电压波腹点，电流波节点。相位分布规律：电压和电流始终有90相位差，在0zl/4的区间内，电压超前电流；在l/4zl/2的区间内，电流超前电压，然后重复。电压或电流在两波节之间各点同相，在波节点两侧，各点反相。,36,终端负载短路,输入阻抗：传输功率：,37,终端负载短路的特征,阻抗分布规律：各点输入阻抗为纯电抗，是波长和位置的函数。在电压波节点，Zin=0，相当于串联谐振；在电压波腹点，Zin=，相当于并联谐振；在0zl/4的区间内，任意一点的输入阻抗为纯电感；在l/4zl/2的区间内，任意一点的输入阻抗为纯电容。相距l/4阻抗性质变换，相距l/2阻抗性质重复。参数：驻波比r=，行波系数K=0传输功率：在一个时间周期内平均传输功率为0，即无能量传输。电磁能量来回振荡。,38,终端负载开路,反射系数电压电流分布：,39,电压电流特征,结论:(1)电压电流振幅按正余弦变化，电压电 流相位差90度(2)电压波腹点位置：z=nl/2(3)电压波节点位置：z=(2n1)l/4,40,终端负载开路,输入阻抗：,41,终端负载开路,终端开路,电压电流振幅分布,阻抗变化曲线,42,电抗的特征,阻抗分布规律：各点输入阻抗为纯电抗，是波长和位置的函数。在电压波节点，Zin=0，相当于串联谐振；在电压波腹点，Zin=，相当于并联谐振；在0zl/4的区间内，任意一点的输入阻抗为纯电容；在l/4zl/2的区间内，任意一点的输入阻抗为纯电感。相距l/4阻抗性质变换，相距l/2阻抗性质重复。参数：驻波比r=，行波系数K=0传输功率：在一个时间周期内平均传输功率为0，即无能量传输。电磁能量来回振荡。,43,终端接电抗负载,反射系数：电压电流分布与终端短路、开路类似，只是波节、波腹点位置有所变化。,44,终端接纯电感,用长度lel/4的短路线等效。,45,终端接纯电容,用长度lel/4的开路线等效；或用长度l/4(le+l/4)l/2的短路线等效,46,2.5.3 行驻波状态,条件（驻波、行波为行驻波的特殊情况）负载为任意负载：ZL=RLjXL反射系数：,47,电压电流分布,电压、电流表达式为电压、电流振幅表达式为,电压、电流是位置z的函数，呈现非正弦分布，周期为l/2,48,电压波腹点(电流波节点)的特点,位置：电压电流同相电压电流的振幅为：输入阻抗为纯电阻：,49,电压波节点(电流波腹点)的特点,位置：电压电流同相电压电流的振幅为：输入阻抗为纯电阻：,50,行驻波的四种情况,RL+jXL,RL-jXL,51,汇报完毕请各位专家指正 谢谢！,
