微波技术长线理论ppt课件

1、 长线实际(传输线实际)又称一维分布参数电路实际，是微波电路设计和计算的实际根底。 本章从“路 的观念出发，研讨微波传输线的根本传输特性，讨论用SMITH 园图进展计算和阻抗匹配的方法。 一、传输线及其种类 传输线 用来传输电磁能量的安装。 由传输系统引导，向一定方向传播的电磁波称为导行波。 微波传输线与低频传输线的不同点： 1. 微波传输线种类繁多, 按其所传输的导行波型可分为三大类： (1) TEM波波(包括准包括准TEM波波)传输线传输线图图2-1 TEM波传输线波传输线(a) 平行双导线平行双导线 (b) 同轴线同轴线 (c) 带状线带状线 (d) 微带微带属双导体系统，其频带宽，但在

2、高频段传输电磁属双导体系统，其频带宽，但在高频段传输电磁能量损耗较大。能量损耗较大。 (2) 金属波导传输线, 其传输模为TE、TM波。图图2-2 波导传输线波导传输线(e) 矩形波导矩形波导 (f) 圆形波导圆形波导 (g) 脊形波导脊形波导 (h) 椭圆波导椭圆波导属单导体传输系统，又称色散波传输线。具有属单导体传输系统，又称色散波传输线。具有损耗小、功率容量大、体积大、频带窄等特点。损耗小、功率容量大、体积大、频带窄等特点。 (3) 外表波传输线外表波传输线图图2-3 外表波传输线外表波传输线(i) 介质波导介质波导 (j) 镜像线镜像线 (k) 单根外表波传输线单根外表波传输线主要用于

3、传输外表波主要用于传输外表波, 电磁能量沿传输线的外表传电磁能量沿传输线的外表传输。具有构造简单、体积小、功率能量大等优点。输。具有构造简单、体积小、功率能量大等优点。 2. 微波传输线不仅能传输电磁能量微波传输线不仅能传输电磁能量, 还可用来还可用来构成各种微波元件构成各种微波元件( 如谐振腔、滤波器、阻抗匹配如谐振腔、滤波器、阻抗匹配器、定向耦合器等器、定向耦合器等 ) 。这与低频传输线截然不同。这与低频传输线截然不同。 当传输线的横向尺寸比信号波长小得多、而当传输线的横向尺寸比信号波长小得多、而轴向尺寸轴向尺寸(即长度即长度)远比信号波长大时远比信号波长大时, 可将传输线可将传输线看成一

4、维分布参数电路。看成一维分布参数电路。 本章讨论的是指传输本章讨论的是指传输TEM波的传输线，可用波的传输线，可用双导线模型进展分析。双导线模型进展分析。 1. 长线与短线长线与短线 相对长度相对长度l / 称为传输线的电长度。称为传输线的电长度。 通常，当通常，当 ： l / 0.05 , 即即几何长度与任务波长可比较或更长的称为长线；几何长度与任务波长可比较或更长的称为长线； l / 0.05 , 即即几何长度与任务波长相比可忽略不计的为短线。几何长度与任务波长相比可忽略不计的为短线。 例如：例如：传输传输3GHz( =10cm)的同轴线的同轴线 l =0.5m, 保送市电的电力传输线保送

5、市电的电力传输线(f=50Hz, = 6000 km)，长达几千米，长达几千米， 为长线。为长线。为短线。为短线。图图 2-4 电电 流流 ( 电电 压压 )沿沿 线线 分分 布布 图图 用图2-4所示线上电压(或电流)随空间位置分布情况来阐明长、短线的区别: 图(a)为半波长的波形图, AB l, 为“短线，某一时辰, AB上各点的电压(电流)的大小和相位几乎不变。 图图(b)高频波形图，虽线段长仍为高频波形图，虽线段长仍为AB，但在，但在某一瞬间，其上各点的电压某一瞬间，其上各点的电压 ( 或电流或电流 ) 的大小和的大小和相位均有很大的变化，此时的相位均有很大的变化，此时的AB应视为应视

6、为“长线。长线。 显然，微波传输线属于显然，微波传输线属于“长线的范畴，长线的范畴，故本章称为故本章称为 “ 长线实际长线实际 ， 即微波传输即微波传输线线根本实际。根本实际。 长线和短线的区别还在于： 长线为分布参数电路, 短线为集中参数电路。 低频电路中, 电路元件参数(R、L、C)根本上都集中在相应的元件(电阻、电感器、电容器)中，称为集中参数。 电路中还存在着元件间连线的电阻、电感和导线间的电容等，称为分布参数。 低频电路中, 分布参数的量值与集中参数相比，微乎其微, 可忽略不计。低频传输线为短线, 在电路中只起衔接线作用。低频电路为集中参数电路。 高频信号经过传输线时会产生以下分布参

7、数： 导体周围高频磁场串联分布电感； 两导体间高频电场并联分布电容； 导线 有限，高频电流趋肤效应分布电阻； 导体间非理想绝缘漏电并联分布电导。 当双导线任务在微波波段时，分布参数的影响不容忽视。 例：设双导线的分布电感 L0=0.999nH/mm， 分布电容 C0=0.0111pF/mm ; 任务在 f= 50Hz时引入的串联电抗、并联导纳： XLf=50Hz=L=2f L0=31410-3 /mm Bcf=50Hz=C=2f C0 =3.4910-12 S /mm当频率升到5000MHz时： XLf=5000MHz=L=2f L0 =31.4 /mm Bcf=5000MHz=2f C0 =

8、3.4910-4 S /mm后者是前者的一亿倍，其分布参数效应不容忽视。 微波传输线微波传输线, 其电路参数其电路参数(R、L、C、G)及及 电路物理量电路物理量(u、i)，都是沿线分布的，都是沿线分布的(是是 z，t 的的函数函数)，称之为分布参数电路，必需用传输线理，称之为分布参数电路，必需用传输线理论来研讨。论来研讨。 传输线上处处存在分布电阻、分布电感、线间处处存在分布电容和漏电电导。 根据传输线上分布参数均匀与否，可将传输线分为均匀传输线和非均匀传输线。 本章只限于研讨均匀传输线。 1. 均匀传输线(均匀长线)：分布参数沿线均匀分布，与位置无关。 2.均匀传输线的分布参数： 分布电阻

9、 R0 (/m)：单位长度传输线段的总电阻值。与导线的资料及截面尺寸有关，理想导体的R0 =0。 分布电导G0 (S/m) ：单位长度传输线段的并联电导值。 与导线周围介质资料的损耗角有关 ，理想介质的G0 =0。 分布电感 L0 (H/m) ：单位长度传输线段的自感。与导线截面尺寸、线间距及介质的磁导率有关。 分布电容C0 (F/m) ：单位长度传输线段间的电容。与导线截面尺寸、线间距及介质的介电常数有关。 本章主要研讨均匀无耗传输线，R0 = 0 ， G0 = 0； L0 、 C0 的计算公式见P6表2-1。 3. 均匀传输线的等效电路 对于均匀传输线, 由于分布参数均匀分布，故可任取一小段线元 dz 来讨论，dz可作为“短线，即集中参数电路来处置, 并等效为一个集中参数的型网络。而整个传输线就可视为由许多一样线元dz的等效网络级联而成的电路，如图2-5所示。 用等效电路解释微波传输线上不同位置的电压、电流不同的景象。如图, 由于1-1和2-2之间有串联电阻存在，因此电压不同；又由于线间并联回路的分流作用，经过1点和2点的电流也不同。 当接通电源后,