电磁场与微波技术ch4传输线理论教材

电磁场与微波技术Chapter4

传输线理论TransmissionLineTheory电磁场与微波技术电磁场与微波技术?微波传输的最明显特征是别树一帜的微波传输线，例如，双导线、同轴线、带状线和微带线等等。我们很容易提出一个问题：微波传输线为什么不采用50周市电明线呢？电磁场与微波技术低频电路有很多课程，唯独没有传输线课程。理由很简单：只有两根线有什么理论可言？这里却要深入研究这个问题。

1、低频传输线在低频中，我们主要研究一条线(因为另一条线是作为回路出现的)。电流几乎均匀地分布在导线内。电流和电荷可等效地集中在轴线上。由分析可知，Poynting矢量集中在导体内部传播，外部极少。事实上，对于低频，我们只须用I，V和Ohm定律解决即可，无须用电磁理论。不论导线怎样弯曲，能流都在导体内部和表面附近。2.微波传输线当频率升高出现的第一个问题是导体的趋肤效应(SkinEffect)。电磁场与微波技术导体的电流、电荷和场都集中在导体表面。［Example1］计算半径r0=2mm的铜导线单位长度的直流线耗R0。Solution:电磁场与微波技术［Example2］研究f=10GHz、l=3cm、r0=2mm导线的线耗R。

这种情况下，其中,的表面电流密度，α是衰减常数。对于良导体，由电磁场理论可知Solution:电磁场与微波技术在微波波段中，是一阶小量，对于完全可以忽略。从直流到1010Hz，损耗要增加1500倍。

比较电磁场与微波技术直线电流均匀分布微波趋肤效应若希望f＝10GHz时损耗和直流相同，则r＝3.03m。也即直径是d=6.06m。这种情况，已不能称为微波传输线，而应称之为微波传输“柱”比较合适，其粗度超过人民大会堂的主柱。2米高的实心微波传输铜柱约514吨重。趋肤效应带来的第二个直接效果是：柱内部几乎无能量传输。

电磁场与微波技术§4.1传输线方程和传输线的场分析方法TransmissionLineEquation长线及分布参数等效电路电磁场与微波技术电磁场与微波技术电磁场与微波技术Telegraphequation电磁场与微波技术电磁场与微波技术传输线方程及其解电磁场与微波技术电磁场与微波技术电磁场与微波技术电磁场与微波技术z’电磁场与微波技术电磁场与微波技术Case3:已知信号源和负载条件其中传输线上的电压和电流是从信号源向负载传播的入射波和从负载向信号源传播的反射波的叠加，呈行驻波混和分布。电磁场与微波技术用场的概念分析传输线传输线周围的媒质无耗、均匀、各向同性，媒质参数传输线上传播TEM波，沿z方向传播，电磁场只有横向分量电磁场与微波技术Laplace同理由电磁场理论求得电磁场与微波技术由电路理论求得无耗时，两方程组一致。说明用电路理论和电磁场理论分析可以得到统一的结果。§4.2传输线的基本特性参数特性阻抗复数，与f有关电磁场与微波技术在无耗或微波低耗情况下，传输线的特性阻抗为纯电阻。双导线：同轴线：电磁场与微波技术传播常数

描述导行波沿导行系统传播过程中的衰减和相位变化的参数（复数）电磁场与微波技术相速度：波的等相位面在传输方向上移动的速度无耗线：波长：传输线上波的振荡，相位相差2的两点之间距离相对值电磁场与微波技术dBm（分贝毫瓦）：功率电平对1mW的比功率dBW（分贝瓦）：功率电平对1W的比功率绝对值绝对值输入阻抗微波阻抗：分布参数阻抗，不能直接测量低频阻抗：集总参数阻抗d电磁场与微波技术传输线阻抗随位置d而变，分布于沿线各点，且与负载有关，是一种分布参数阻抗，不能直接测量。传输线段具有阻抗变换作用。无耗线的阻抗呈周期性变化，具有λ/4变换性和λ/2重复性。电磁场与微波技术d＝nλ/2d＝λ/4＋nλ/2d电磁场与微波技术[Example]电磁场与微波技术反射系数反射系数Γ的定义及表示式电磁场与微波技术终端反射系数反射系数反射系数（无耗线）反射系数的模沿线是不变化的;

反射系数的幅角沿线只是d的线性函数,按－2βd变化;

反射系数沿线具有λ/2的重复性.无耗线特点电磁场与微波技术ddd向负载向信号源电磁场与微波技术输入阻抗与反射系数的关系在终端电磁场与微波技术终端反射系数

行波状态①,②,③

电磁场与微波技术驻波系数与行波系数对于无耗线电磁场与微波技术电磁场与微波技术阻抗与驻波参量的关系驻波比负载阻抗[method1]d

通常选取驻波最小点为测量点，其距负载的距离用dmin表示，该点的阻抗为纯电阻，繁琐电磁场与微波技术[method2]d简单电磁场与微波技术传输功率无耗传输线上任意点的传输功率等于该点的入射功率减去反射功率电磁场与微波技术功率容量与行波系数有关，K越大，功率容量越大。§4.3均匀无耗传输线工作状态分析电磁场与微波技术dd电磁场与微波技术行波工作状态2.负载匹配1.无限长传输线

电磁场与微波技术电磁场与微波技术

终端短路驻波工作状态令电磁场与微波技术传输线处于驻波工作状态,沿线的波动过程消失,而只有沿线的每一点的电压和电流的电磁振荡电磁场与微波技术dd电磁场与微波技术

为电压驻波的节点,电流驻波的腹点

为电压驻波的腹点,电流驻波的节点在空间位置上,即在传输线的传输方向上,电压驻波与电流驻波的形状有四分之一波长的位移；在传输线上的每一点处,其电压振荡和电流振荡在时间上有π/2的相位差，表明传输线上没有功率传输。

在两电压驻波节点之间，线上各点的电压振荡随时间是同相位的，其振荡振幅大小是不相同的；在波节点两边各点的振荡随时间是反相的。沿线的阻抗是纯电抗电磁场与微波技术在电压波节处等效于串联谐振，在电压波腹处等效于并联谐振，在其它位置的输入阻抗或呈电感性或呈电容性，并周期性变化。任意电抗性负载可用一有限长度的短路线来代替。

终端开路电磁场与微波技术输入阻抗在电压的腹点（电流节点）相当于低频电路中的并联谐振输入阻抗在电压的节点（电流腹点）相当于串联谐振在其它位置的输入阻抗或呈电感性，或呈电容性，并周期性变化终端为电压波腹点、电流波谷点，阻抗为无穷大。开路线上的沿线电压、电流和阻抗分布可以从短路线缩短（或延长）四分之一波长得到。电磁场与微波技术dd电磁场与微波技术dd

终端接纯电感负载电磁场与微波技术

终端接纯电容负载dd电磁场与微波技术ddd电磁场与微波技术驻波工作状态的共同特点电压和电流的振幅是位置的函数,具有固定不变的波节点和波腹点，两相邻波节点之间的距离为λ/2。短路线终端是电压波节点、电流波腹点；开路线终端是电压波腹点、电流波节点；接纯电感负载时，距负载第一个出现的是电压波腹点；接纯电容负载时，距负载第一个出现的是电压波节点。

沿传输线上各点的电压和电流随时间和位置变化都有π/2相位差，故线上既不传输能量也不消耗能量。电压或电流波节点两侧各点相位相反，相邻两节点之间的相位相同。传输线的输入阻抗为纯电抗,且随频率和传输线的长度而变化,当频率f一定时,沿线的阻抗随传输线的长度而变,或相当于电感,或相当于电容,或具有谐振(串联或并联谐振)的性质.电磁场与微波技术行驻波工作状态电磁场与微波技术行波驻波电磁场与微波技术电磁场与微波技术相邻相距λ/4行驻波工作状态的共同特点沿线电压和电流是位置的函数，具有波腹点和波谷点，但波谷值不为0.阻抗的数值周期性变化。在电压波腹点和电压波谷点，输入阻抗为纯电阻。每隔四分之一波长，阻抗性质变换一次；每隔