微波传输线平行双线与同轴线讲解

1、第三章 微波传输线 3.0 引言 3.1 平行双线与同轴线 3.2 微带传输线 3.3 矩形截面金属波导 3.4 圆截面金属波导 3.5 光波导 3.0 引言 一、微波传输线 二、几类微波传输线介绍 三、传输线研究的问题和分析方法 一、微波传输线 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。 本章研究几类微波传输线：平行双线、同 轴线、矩形波导、圆截面波导和光波导。 二、几类微波传输线介绍 为什么在微波工程中需要各种各样的传输 线？ 多种多样的微波传输线是针对不同频段和 提高传输

2、线的性能发展起来的，并投入具 体的工程应用。 平行双线同轴线矩形波导 微带线其它微波集成传输线 1从平行双线到同轴线 平行双线：传输的是TEM波，是使用最早最 普遍的一种传输线；当频率提高到其对应 的波长与双线的距离相比拟时，其辐射损 耗显著增加；而减小平行双线距离会减小 击穿电压降低其功率。 同轴线：采用封闭结构减少了平行双线可 能出现的辐射损耗；但随着频率的提高， 会出现TE和TM波，为了抑制TE和TM波，必 须减小截面尺寸，会增加内导体的损耗， 降低传输功率。 2 从同轴线到金属波导管 金属波导：和同轴线比较，波导管除去内 导体，不仅降低了内导体的损耗而且提高 了传输线的功率容量； 其缺

3、点是比较笨重、高频下批量成本高、 频带较窄等。 3 微波集成传输线 随着航空、航天事业发展的需要, 对微波 设备提出了体积要小、重量要轻、 可靠性 要高、性能要优越、一致性要好、 成本要 低等要求, 这就促成了微波技术与半导体 器件及集成电路的结合, 产生了微波集成 电路。 对微波集成传输元件的基本要求之一就是 它必须具有平面型结构, 这样可以通过调 整单一平面尺寸来控制其传输特性, 从而 实现微波电路的集成化。 各种微波集成传输线 准TEM波传输线, 主要包括微带传输线和共 面波导等(a)-(c); 非TEM波传输线, 主要包括槽线、 鳍线等 (d); 开放式介质波导传输线, 主要包括介质波

4、导、 镜像波导(e-f); 半开放式介质波导, 主要包括H形波导、G 形波导等(g-h)。 三 传输线研究的问题和分析方法 本章研究几类重要传输线的传输特性（模 式、相速度、波长、波阻抗以及其它相关 的重要特性）、损耗特性、功率容量以及 具体的工程用途。 第二章采用电路方法研究传输线的共性问 题，本章采用电路和场分析结合的方法讨 论每一种传输线的个性问题。 3.1平行双线和同轴线 一、平行双线Two Wire Parallel Lines 二、同轴线 Coaxial Lines 我们主要从如下几个方面来讨论这两 类常用的传输线：结构和参数、传输特性、 损耗特性、功率容量和用途。对于平行双 线，

5、在频率不是非常高的条件下，用电路 理论分析就足够准确。 平行双导线与同轴线的外形结构 一 平行双线 1 结构和参数 结构简单，几何参数：双线之间的距离 D和线径d，电参数：双线周围介质可以近 似看成真空。 分布参数 平行双线单位长度的电阻和电感、电导 和电容。 2 0 2 ln D L d 02 2 ln D C d 1 0 1 2 2 R d 02 2 ln D G d 2 传输特性 沿平行双线传输的是不均匀的TEM波， 传播方向平行双线的方向。 0 0 0 2 120ln400600. LD Zm Cd 00 11 p v L C 2 p p v f 3 损耗特性 对于平行双线传输线，线间

6、介质多为 空气或局部优良绝缘支撑物，如果要考虑 传输损耗，则可只计导体损耗而不计介质 损耗。此时平行双线的衰减常数可按下式 估算： 0 0 2 R Z 4 功率容量 平行双线功率容量和双线的距离有关， 距离越大功率容量，此外还和传输线的工 作状态有关，行波状态的功率容量要大于 驻波状态的。 2 0 0 0 0 1 2 2 120ln m m U P Z S LD Z Cd 5 用途 平行双线传输线主要用于中波及短波 无线电信中作发射机与天线间的馈线，及 有线长途载波通信的传输线（现只存留使 用于县乡以下小容量通信系统中，干线通 信中已被光纤所取代）。 通频带：04KHz，语音信号 二 同轴线C

7、oaxtal CabLe 1 结构和参数 同轴线由共轴的内外导体组成，中间空 气或填充高介电常数的绝缘介质。几何参 数内外导体直径d和D，电参数：中间填充 介质的电参数，它是一种不平衡传输线。 分布参数 同轴线单位长度的电阻和电感、电导和 电容。 0 ln 2 D L d 0 2 ln C D d 1 0 1 22 4 f R Dd 02 2ln D G d 2 传输特性 沿同轴线传输的是不均匀的TEM波，传 播方向轴线的方向，高频条件下可以传输 TE和TM波。 0 0 0 60ln138lg rr rr LDD Z Cdd 00 11 p rr c v L C 0 2 p p rr v f

8、当同轴线的截面尺寸与工作波长可比 拟时，同轴线内将出现高次模式。 要使同 轴线工作于TEM模式，则同轴线的内外半径 应满足以下条件： min 1 2 Dd 3 损耗特性 通常同轴线介质损耗很小，其传输 损耗基本上决定于导体的欧姆损失。 同轴线的衰减常数仍可按下式估算 0 0 2 R Z min 3.6, D whenand Rconst d 4 功率容量 同轴线功率容量的表达式与平行双 线类似。 2 0 0 0 0 1 2 60ln m m r r U P Z S LD Z Cd 5 用途 同轴线是一种宽频带的传输线，其频 率范围可从直流一直到100GHz ，因此广泛 应用于通信设备、测量系统、计算机网络 及微波元件之中。 通频带：0nGHz，语音信号 在实际中,广泛使用不同型号的电缆连 接接头（Cable Connector）