均匀传输线中的导行电磁波

均匀传输线中的导行电磁波第1页，课件共35页，创作于2023年2月7.0

序Introduction

分布参数电路：当实际电路尺寸与工作波长接近时的电路模型。

传输线作用：引导电磁波，将能量或信息定向地从一点传输到另一点。

传输线种类：平行双线、同轴电缆、平行板传输线、金属波导和介质波导等。下页上页返回图7.0.1分布参数等效电路第2页，课件共35页，创作于2023年2月

均匀传输线：传输线的材料及其物理参数相同，几何尺寸相同，沿传输线周围的媒质相同。TEM波：波传播的方向上无电场和磁场的分量。

本章要求：熟练掌握均匀传输线的稳态分析方法；并灵活应用其方法，深刻理解电压波和电流波的传播特性(行波、驻波、匹配等)；掌握有损耗传输线的无畸变条件。下页上页返回第3页，课件共35页，创作于2023年2月7.1无损耗均匀传输线方程

(LosslessUniformTransmissionLineEquation)结点电流方程回路电压方程略去dz的二阶无穷小项，传输线方程和下页上页返回图7.1.1均匀传输线电路模型第4页，课件共35页，创作于2023年2月从中可得u和i的波动方程和式中电压波动方程电流波动方程下页上页返回第5页，课件共35页，创作于2023年2月7.2无损耗均匀传输线的传播特性7.2.1瞬态解(InstantaneousSolution)通解u+

入射电压波、u-

入射电压波；波动方程PropagatingCharacteristicofLosslessUniformTransmissionLinei+

反射电流波、i-反射电流波。下页上页返回第6页，课件共35页，创作于2023年2月7.2.2正弦稳态解(SinusoidalSteadySolution)方程的解式中—传播常数；—相位常数瞬态形式复数形式下页上页返回第7页，课件共35页，创作于2023年2月方程的解—特性阻抗

(characteristicimpedance)（实数）定义所以下页上页返回第8页，课件共35页，创作于2023年2月参数特性阻抗的元参数平行板双平行线同轴电缆下页上页返回第9页，课件共35页，创作于2023年2月无损耗传输线特性阻抗的元参数参数平行板双平行线同轴电缆下页上页返回第10页，课件共35页，创作于2023年2月1.已知始端和将已知条件代入通解解得复常数代入通解图7.2.1已知始端下页上页返回第11页，课件共35页，创作于2023年2月整理后注意：终端为坐标原点，沿线z<0，l>0下页上页返回第12页，课件共35页，创作于2023年2月2.已知终端和

将已知条件代入通解解得复常数代入通解，得到图7.2.2已知终端下页上页返回第13页，课件共35页，创作于2023年2月3.传输线任一点处的有功功率传输线无损耗，所以任一点的P相同。=入射波功率–反射波功率const=下页上页返回第14页，课件共35页，创作于2023年2月7.3无损耗传输线中波的反射和透射7.3.1反射系数和透射系数

(ReflectionandTransmissionCoefficients)1.

负载端反射系数图7.3.1传输线接负载ReflectionandTransmissiononLosslessTransmissionLine负载端反射系数下页上页返回第15页，课件共35页，创作于2023年2月2.沿线任一点反射系数3.非均匀传输线的反射系数和透射系数反射系数z=0处

结论:无限长均匀无损传输线可等效为。透射系数图7.3.2非均匀传输线下页上页返回第16页，课件共35页，创作于2023年2月4.沿线各点电压、电流表达式下页上页返回第17页，课件共35页，创作于2023年2月7.3.2传输线工作状态(WorkingStatesofTransmissionLine)2.行波当时，，S=1,无反射(匹配matching

)a.沿线电压、电流同相，无反射；b.电源发出的能量全部被负载吸收。匹配特点1.驻波比S定义电压、电流为行波(travelingwave)下页上页返回第18页，课件共35页，创作于2023年2月3.驻波如（开路），，则当即，当时，,发生全反射电压波、电流波为驻波。下页上页返回第19页，课件共35页，创作于2023年2月电压波腹，电流波节c）时间相位差90º，无能量传播，电能与磁能在空间相互转换。b）当，驻波特点电压波节，电流波腹a）无波动性。当，下页上页返回第20页，课件共35页，创作于2023年2月4.行驻波=行波+驻波当时,，部分电磁波反射电压波、电流波为行驻波。下页上页返回第21页，课件共35页，创作于2023年2月思路及（2）根据和求

例7.3.1已知传输线特性阻抗及电磁波波长，测量可得，试求负载。或解

（1）下页上页返回第22页，课件共35页，创作于2023年2月（b）当时，终端离最近的位置为(3)由得到注意：坐标原点位于负载端，故坐标z<0.（a）当时,终端离最近的位置为下页上页返回第23页，课件共35页，创作于2023年2月7.4无损耗传输线的入端阻抗7.4.1入端阻抗(InputImpedance)7.4.1入端阻抗LosslessTransmissionLine’sInputImpedance定义a,b端阻抗每隔重复出现一次，即下页上页返回第24页，课件共35页，创作于2023年2月7.4.2不同负载下的变化规律1.终端匹配

特点(Zi’sCharacteristicUnderDifferentLoads)沿线各点入端阻抗等于特性阻抗；b）c）负载吸收最大功率。a）行波;下页上页返回第25页，课件共35页，创作于2023年2月2.终端短路

结论：用的无损短路线等效替代一个电感。特点，全反射;驻波;

提问：离终端最近处发生电压最大值，还是最小值？感性容性下页上页返回图7.4.2终端短路线Zi

图7.4.3等效电感第26页，课件共35页，创作于2023年2月3.终端开路

结论：用的无损耗开路线可以替代一个电容。特点，，，全反射，驻波；容性感性提问：离终端最近处发生电流最小值，还是最大值？图7.4.5等效电容下页上页返回图7.4.4终端开路线Zi

第27页，课件共35页，创作于2023年2月4.终端为纯电抗负载5.终端为电阻负载

终端(z=0)当当电流极值。特点：,全反射，驻波；终端非电压、和电流的极值。特点:,行驻波，终端是电压下页上页返回第28页，课件共35页，创作于2023年2月7.5无损耗均匀传输线的阻抗匹配当，即时，线路匹配。

1.ZL=R,接入无损线可实现线路阻抗匹配，ImpedanceMatchedofLosslessTransmissionLine7.5.1阻抗变换器(ImpedanceTransformer)图7.5.1阻抗变换器下页上页返回第29页，课件共35页，创作于2023年2月2.负载为任意阻抗

从终端沿线找到第一个电压极值点z0，此时

z0处的入端阻抗为图7.5.2阻抗变换器接入无损耗线，且，便可实现阻抗匹配。下页上页返回第30页，课件共35页，创作于2023年2月7.5.2单短截线变换器(StubLineTransformer)（纯电抗）令解得l1，同时得到B1，再令解得l2，实现线路匹配。匹配条件思路选择l1和l2图7.5.3单短截线变换器下页上页返回第31页，课件共35页，创作于2023年2月7.6有损耗均匀传输线传播常数电磁波可近似为TEM波，电压、电流波动方程为

LossUniformTransmissionLine7.6.1有损耗均匀传输线的方程及其解（EquationandSolutionof

LossUniformTransmissionLine)下页上页返回图7.6.1有损耗均匀传输线等效电路第32页，课件共35页，创作于2023年2月通解a）电压、电流为减幅波，沿线能量衰减；特性阻抗（复数）传播特性：下页上页返回b）波速与频率有关，为色散波，引起信号失真；c）特性阻抗为复数，难以实现阻抗匹配。第33页，课件共35页，创作于2023年2月7.6.2均匀传输线的参数

(UniformTransmissionLine’sParameters)特性阻抗传播常数结论：低损耗线可近似为无损耗线，传播特性相似。在低损耗传输线中振幅畸变；