微波技术基础电子科大第15次课

微波技术基础电子科大第15次课第一页，共72页。回顾分布参数电路——传输线微元化——电报方程——电压波电流波表达式——三种端接条件传输线的分布参数——传输线的特性参数——传输线的工作参数传输线的三种工作状态第二页，共72页。内容0、行驻波特性1、均匀有耗线的特性2、功率与损耗3、有耗线理论的应用4、有耗、无耗线的对比5、均匀波导等效为传输线(掌握等效的依据和原则)第三页，共72页。5.6.3行驻波状态——最普遍的部分反射情况产生条件：传输线终端为一般负载，即波的分布状态：传输线上既有行波又有驻波，称为行驻波。波节不为零，波腹也不等于终端入射波振幅的两倍，反射波小于入射波。行驻波状态下，有①RL≠0②XL＝0时，RL≠Z0传输线的工作状态—行驻波状态第四页，共72页。因此电压电流的表达式为：注意：与行波、驻波的差别第五页，共72页。由形式似乎看出：前一部分是行波，而后一部分是全驻波。第六页，共72页。行驻波状态下的工作参量电压驻波比S的物理意义是电压振幅最大值与最小值之比。它应大于等于1。对于行波为，对于全驻波为无穷大。电压驻波比S是系统参量，而不是线上各点的函数。第七页，共72页。负载阻抗与驻波系数，驻波相位的关系式为波腹处，输入阻抗为波节处，输入阻抗为第八页，共72页。行驻波状态下沿线电压电流振幅分布第九页，共72页。特点：电压电流分纯驻波分布完全相似RL±jXL的情况与jXL类似RL>Zo与开路类似RL<Zo与短路类似其不同点是：行驻波的波腹不等于入射波振幅的2倍，而是与反射系数有关，为入射波振幅的

行驻波的波节不等于0，而是与反射系数有关，为入射波振幅的第十页，共72页。不同负载条件下，波在同轴线上的状态行波第十一页，共72页。不同负载条件下，波在同轴线上的状态驻波第十二页，共72页。不同负载条件下，波在同轴线上的状态容性负载第十三页，共72页。不同负载条件下，波在同轴线上的状态感性负载第十四页，共72页。不同负载条件下，波在同轴线上的状态非匹配电阻性负载，行驻波第十五页，共72页。不同负载条件下，波在微带线上的状态第十六页，共72页。不同负载条件下，波在微带线上的状态第十七页，共72页。不同负载条件下，波在微带线上的状态第十八页，共72页。与传输线长度相关的特殊情况传输线为四分之波长奇数倍的时候，1、纯电抗元件的类型发生变化；2、开路状态与短路状态可互相变换。3、电阻元件的阻值可实现归一化的倒数。作用：用于滤波器和阻抗变换器中。传输线为半波长整数倍（四分之波长偶数倍）的时候，端接负载阻抗不发生变化。第十九页，共72页。5.7均匀有耗传输线的特性与分析1、均匀无耗线（R=G=0）的传输特性是利用工作参量（Zin，Γ，S，lmin）描述传输线的工作状态2、负载和传输线的特性参量决定了电压波和电流波在线上的分布情况3、理想模型——但是，与实际情况很接近，具有很强的工程应用价值。第二十页，共72页。5.7均匀有耗传输线的特性与分析4、当与的条件不成立时，传输线本身的损耗（包括导体损耗、介质损耗和辐射损耗）不能忽略，必须考虑损耗引起的衰减→有耗线。——实际工程中的真实情况。5、有耗线与无耗线的传输特性——工作状态基本一致，线上电压和电流均是入射波与反射波的叠加。第二十一页，共72页。5.7均匀有耗传输线的特性与分析6、传输线存在损耗，入射波和反射波的幅度均要沿着各自传播方向呈指数衰减：入射波反射波第二十二页，共72页。有耗线上的电压和电流（且）反射系数反射系数的模值说明，有耗线的反射系数模值越靠近源端，反射系数越小——反射波也被衰减；无耗线呢？5.7有耗传输线的特性分析无耗传输线公式中的jβ用α＋jβ替代第二十三页，共72页。α=0.4NP/m传输线长度：4m幅度10V以负载为z=0点，正方向入射波反射波第二十四页，共72页。电压驻波比1、有耗线与无耗线相比驻波比减小了。2、有耗线的驻波比距离负载越远，S越小.3、有耗线的S—>S(z),无耗线的S与距离z无关思考题： 有耗线与无耗线相比，驻波系数是增大了还是减小了？第二十五页，共72页。衰减常数为0.02NP/m的有耗线在端接10欧姆负载时，传输线长度从1mm到100mm的驻波变化情况：5——》3.2第二十六页，共72页。负载阻抗与驻波系数，驻波相位的关系式为每个波腹处，输入阻抗为每个波节处，输入阻抗为此时，通过测试最大最小电压法测试麻烦，一般不用损耗大的线作为测试系统第二十七页，共72页。传输线上任意一点处得输入阻抗

工程应用的方便，关心长度为l的有耗传输线 终端短路终端开路一种有耗传输线特性阻抗的测量方法

1.测出其终端短路的始端输入阻抗；

2.测出其终端开路的始端输入阻抗。

3.5.7有耗传输线的特性分析←注意是复数第二十八页，共72页。有耗线的传播常数5.7有耗传输线的特性分析

由于开路和短路输入阻抗是复数，将其展开为实部和虚部，可得衰减常数和相位常数。

提供了一种微波测试的依据，来测试微波传输线的特性参数。第二十九页，共72页。5.8传输功率与传输效率5.8.1传输功率

传输线上任一点z通过功率的时间平均值第三十页，共72页。还可以表示为5.8传输功率与传输效率通过功率等于入射波功率与反射波功率之差。第三十一页，共72页。传输功率的击穿功率，或称为传输线的功率容量结论：线上耐压一定时，驻波系数越小传输功率越大，功率容量也越大。

传输线有耗，但终端接匹配负载，如输入端传输功率为，则经过线长的传输后，消耗在有耗线中的功率为5.8传输功率与传输效率第三十二页，共72页。5.8.2传输效率

传输线的传输效率定义为负载吸收的功率和传输线输入功率之比，即

5.8传输功率与传输效率第三十三页，共72页。因此，传输效率为或当传输线终端匹配（=0）时，有耗传输线的效率最大且为

5.8传输功率与传输效率无耗线的传输效率为100%第三十四页，共72页。利用有耗线的损耗特性。应用之一，pi型或T型衰减网络网络之间如果驻波很差，引起电路之间失配，能量传输效果差，对有源器件，特别是放大器—自激。利用有耗线理论，AB之间插入损耗网络C，此时，发射系数减小，电路达到稳定。以功率损耗换取电路的稳定性，比用隔离器简单，便宜。N1N2ABCR1R2R2ZcZcATT第三十五页，共72页。第三十六页，共72页。虽然传输的能量减小了3dB，但是反射的能量却减小了6dB，VSWR明显改善第三十七页，共72页。有耗线与无耗线之对比第三十八页，共72页。第三十九页，共72页。第四十页，共72页。例题5.8-2已知的是负载条件去求，注意符号第四十一页，共72页。第四十二页，共72页。5.9均匀导波系统等效为均匀传输线等效的依据和条件1、传输线电路理论→TEM波→基本物理量是电压和电流。2、把均匀到波系统等效为用电压电流描述的传输线，必须把电场，磁场分贝等效为电压和电流。3、TEM波波导（同轴，双导线等）是双导体系统，单值的电压电流的确存在——电场积分求电压波，磁场积分得电流波（与积分路径无关）——》进而定义特性阻抗（行波电压/行波电流）4、对于传播TE、TM波的波导系统——不存在TEM波传输线上那样的单值电压波和电流波。TM模，在壁面上，对横向电场积分为零；对TE模，线积分与积分路径有关（多值性）第四十三页，共72页。那么，不能等效？还是只能在一定条件下等效？

对一般导波系统而论，其电压和电流只能在一定条件下等效而得，而且只有形式上的意义。——为利用传输线理论而人为引入的电压和电流参数。

第四十四页，共72页。寻求定义等效电压和等效电流及阻抗的依据将无耗单模导波系统中传播的场与无耗均匀传输线上的行波电压和行波电流具有的特性做比较。由此可见，导波系统中的传播模的横向电场和横向磁场具有类似于均匀传输线上的电压波和电流波的性质。第四十五页，共72页。建立：矢量参数——标量参数的联系第四十六页，共72页。内涵：功率的对应关系，电场与磁场的幅度对应关系。第四十七页，共72页。由功率相等：第四十八页，共72页。阻抗关系

取值具有任意性，只要满足功率条件即可第四十九页，共72页。实用中的主要有两种取法。第五十页，共72页。第五十一页，共72页。波导系统中的TE，TM模的等效参量TE模无耗导波系统中TE模的场分量的一般表达式为第五十二页，共72页。波导系统中的TE的等效参量第五十三页，共72页。第五十四页，共72页。波导系统中的TM的等效参量TM模无耗导波系统中TM模的场分量的一般表达式为第五十五页，共72页。波导系统中的TM的等效参量第五十六页，共72页。波导系统中的TM的等效参量第五十七页，共72页。以TE10模为例：取 作为等效传输线的特性阻抗如果模式电压取 （TE10模的电场沿波导宽边中心积分得到的）则模式电流为第五十八页，共72页。等效电压波电流与电磁场的功率关系不相等!!!怎么解决?第五十九页，共72页。为了保证路方法和场方法的功率相等在选择 作为传输线等效特性阻抗的时候，模式电压和模式电流为这样，一段工作在单模的均匀导波系统等效为一对均匀传输线的情况，可表示为或特性阻抗的选取具有任意性。。第六十页，共72页。模式电流第六十一页，共72页。验证模式电压和模式电流满足传输线方程

第六十二页，共72页。能不能把阻抗等效为1，这时，是否没有反射？问题：这样等效之后，在参考面处的电压波和电流波就不连续了第六十三页，共72页。第六十四页，共72页。第六十五页，共72页。思考。能不能把阻抗等效为1，这时，是否没有反射？________两段传输线的电压电流的表达式变化了。事实上可以这样做，该方法称为归一化等效，在算两段不同的传输线的时候，就必须去归一化。一般，同一系统，最好采用同一种等效方法。第六十六页，共72页。思考：当多个模式存在如何等效？第六十七页，共72页。传输n个模式的导波系统对于均匀柱面波导，有无数个TE模和TM模可以在其中传播。根据功率正交性，传输n个模式的导波系统，可以等效为n对均匀传输线，对于每个不同的模式，可以用一根不同的传输线来进行等效。注意：其等效的传输线的特性参量应与波导的对应模式的特性参量一一对应！第六十八页，共72页。结论1、由此，将导波系统中的场量等效为路量之后，导波系统中模式的传输问题便可用等效传输线来分析。2、对导波系统等效方法是可以用电压来等效电场，电流等效磁场，从而等效为传输线。等效的基本原则是必须满足功率相等，且满足一定的阻抗关系。第