第一章 傳輸線理論

1、第一章 傳輸線理論,1.0 引言,一、傳輸線的基本概念 傳輸線：用來引導(dǎo)傳輸電磁波能量和信息 的裝置 對傳輸線的基本要求： 1.工作頻帶寬，用來增加傳輸信息容量和保證信號無畸變傳輸。 2.傳輸損耗小，傳輸效率高。 3.大功率系統(tǒng)中，傳輸功率容量大。 4.尺寸小，重量輕，便于生產(chǎn)安裝。,表1-0 常用微波傳輸線的種類,TEM或準(zhǔn)TEM傳輸線：,金屬波導(dǎo),矩形波導(dǎo),橢圓波導(dǎo),脊形波導(dǎo),圓形波導(dǎo),表面波傳輸線,分類 以傳輸?shù)碾姶挪愋蜕蟻矸郑?TEM波傳輸線與非TEM波傳輸線 或 非色散波傳輸線與色散波傳輸線 分析 分析方法有兩種：路的分析方法 場的分析方法,比較兩種分析方法,電路理論 電磁場理論

2、研究對象：R，L，C ， ， 研究目標(biāo)： ， ， 分析依據(jù)：基爾霍夫定律 Maxwell方程組， KCL,KVL 邊界條件,1.1 長線理論,1.1.1分布參數(shù)電路模型 1.長線效應(yīng) 交流電 50Hz 6000km 1000m 電磁波 1000MHz 30cm 1m 長線：相對波長而言，凡是線長度比波長長或與波長相當(dāng)?shù)膫鬏斁€就稱為長線。 電長度：定義傳輸線的長度 與所傳輸?shù)碾姶挪úㄩL 之比為電長度。 指的是電長度而不是幾何長度，是一個相對的概念,2.分布參數(shù)效應(yīng) 平行雙線為例，分布電感2H/m，分布電容5pF/m 500Hz時，串聯(lián)阻抗 并聯(lián)導(dǎo)納 5GHz時，串聯(lián)阻抗 并聯(lián)導(dǎo)納 在微波波段，低

3、頻時忽略的各種現(xiàn)象與效應(yīng)此時都通過沿導(dǎo)體線的損耗電阻、電感、電容和漏電導(dǎo)表現(xiàn)出來，導(dǎo)致沿線電壓、電流隨時間與空間位置變化，這些參數(shù)對傳輸?shù)碾姶挪ǖ挠绊懛植荚趥鬏斁€上的每一點(diǎn)，顧稱其為分布參數(shù)，用R1、L1 、C1 、G1表示，分別稱為傳輸線單位長度的分布電阻、分布電感、分布電容和分布電導(dǎo)。 均勻傳輸線：傳輸線的分布參數(shù)是沿線均勻分布的，不隨位置而變化。,連接了源和負(fù)載的傳輸線 圖1（a） 可以以電源端為參考原點(diǎn)， 也可以以負(fù)載端為參考原點(diǎn)。,圖1(b) 等效電路,1.1.2 長線方程及其解,上兩式兩邊同除以 ，并取 的極限,1.傳輸線方程,一般傳輸線方程 或電報方程 若電壓電流是隨時間簡諧變化

4、的波 或 時諧傳輸線方程 單位長度的串聯(lián)阻抗 并聯(lián)導(dǎo)納,波動方程 令 傳播常數(shù) 衰減常數(shù) 相移常數(shù),兩邊對z再次求微分,代入左式,2.方程通解 其中 傳輸線的特性阻抗,分布參數(shù)電路中用來描述傳輸線的固有特性的一個物理量，頻率很低時顯示不出來，隨著頻率的升高才顯示出來。,3.通解的物理意義 傳輸線上任意位置的電壓與電流都是入射波和反射波的疊加，當(dāng)特性阻抗為實數(shù)時，電壓入射波與電流入射波相位相同，電壓反射波與電流反射波相位相反。,通解隨時間做簡諧變化,4.方程的定解 （1）已知始端條件的解 （2）已知終端條件的解,(1) 已知傳輸線始端電壓U1和電流I1， 這時將坐標(biāo)原點(diǎn)選在始端較為適宜，z=0 。 將始端條件U (0)=U1, I (0)=I1代入通解，得 代回通解： 沿線的電壓電流表達(dá)式為,將A1, A2代回通解： 令 ，整理后可得,（2） 已知傳輸線終端電壓U2和電流I2，當(dāng) 時， ，代入通解，得,或表示為雙曲函數(shù)形式,5.傳輸線的特性參數(shù) （1）特性阻抗 無耗或低耗 實數(shù) 特性導(dǎo)納 常用的平行雙導(dǎo)線傳輸線的特性阻抗有250, 400和600三種。 常用的同軸線的特性阻抗有50和75兩種。,（2）傳播常數(shù) 描述經(jīng)過單位長度傳輸線后波的幅度和相位變化的參數(shù)。 無耗線 低耗