微波技術(shù)與天線--第2章

1、1第2章 傳輸線2.1 長線的概念2.2 傳輸線方程及其解2.3 輸入阻抗、反射系數(shù)和駐波比2.4 均勻無耗傳輸線的工作狀態(tài)2.5 傳輸線的阻抗匹配2.6 有耗傳輸線2.7 微帶線22.1 長線的概念2.1.1 長線的定義定義1長線是指幾何長度大于或接近于相波長的傳輸線。電長度是指傳輸線的幾何長度與所傳輸電磁波的相波長之比。 定義2將長線定義為電長度大于或接近于1的傳輸線。 長線和短線都是相對(duì)于電磁波的波長而言的。注：在微波技術(shù)中，傳輸線這個(gè)名稱常指雙導(dǎo)體傳 輸線，如平行雙線、同軸線和帶狀線等。 pll 第2章 傳輸線32.1.1 長線的定義長線與短線的區(qū)別長線上電壓的波動(dòng)現(xiàn)象明顯，而短線上的

2、波動(dòng)現(xiàn)象可忽略。這是長線和短線的重要區(qū)別。長線是分布參數(shù)電路，短線是集中參數(shù)電路 第2章 傳輸線 短線 長線 50Hz300MHzA B 1m 圖2-1-1 長線和短線42.1.2 長線的分布參數(shù)效應(yīng)集中參數(shù)電路 在低頻電路中，常常認(rèn)為電場能量全部集中在電容器中，磁場能量全部集中在電感器中，只有電阻元件消耗電磁能量。由這些集中參數(shù)元件組成的電路稱為集中參數(shù)電路。分布參數(shù)電路 當(dāng)頻率提高到其波長和電路的幾何尺寸可相比擬時(shí)，電場能量和磁場能量的分布空間很難分開，而且電路元件連接線的分布參數(shù)效應(yīng)不可忽略，這種電路稱為分布參數(shù)電路。 第2章 傳輸線52.1.3 長線的分布參數(shù)分布電容C1(F/m) 指

3、傳輸線單位長度所呈現(xiàn)的并聯(lián)電容值，決定于導(dǎo)線截面尺寸，線間距及介質(zhì)的介電常數(shù) 。分布電感L1(H/m) 指傳輸線單位長度所呈現(xiàn)的串聯(lián)自感值，決定于導(dǎo)線截面尺寸，線間距及介質(zhì)的磁導(dǎo)率。 分布電阻R1(/m) 指傳輸線單位長度所呈現(xiàn)的串聯(lián)電阻值，決定于導(dǎo)線材料及導(dǎo)線的截面尺寸。如果導(dǎo)線為理想導(dǎo)體，則R1= 0。 分布電導(dǎo)G1(S/m) 指傳輸線單位長度所呈現(xiàn)的并聯(lián)電導(dǎo)值，決定于導(dǎo)線周圍介質(zhì)材料的損耗。若為理想介質(zhì)，則G1= 0。 第2章 傳輸線62.1.4 均勻無耗長線的定義1. 均勻長線 指沿線的分布參數(shù)R1、L1、C1和G1均為常量的長線，也稱均勻傳輸線 。2. 均勻無耗長線指R1= 0、G1

4、= 0的均勻長線，也稱均勻無耗傳輸線。 第2章 傳輸線7 例例2-1-1 均勻無耗同軸線的內(nèi)導(dǎo)體外半徑和外導(dǎo)體內(nèi)半徑分別為0.8mm和2.0mm，內(nèi)外導(dǎo)體間填充介質(zhì)的r= 2.5，r= 1。計(jì)算該同軸線的分布參數(shù)。mFmFabCr/ 10152. 0/ 109418 . 00 . 2ln5 . 22ln29901mHabLr/ 1083. 18 . 00 . 2ln10421ln27701第2章 傳輸線 解：利用表2-1-1中的公式得 82.2 傳輸線方程及其解2.2.1 傳輸線的等效電路1. 長線坐標(biāo)系的建立第2章 傳輸線 ZL z l z O i(z,t) z i(z+z,t) u(z+z

5、,t) u(z,t) Zg Eg 圖2-2-1 長線坐標(biāo)系 92.2.1 傳輸線的等效電路2. 無耗傳輸線的等效電路第2章 傳輸線z圖2-2-2 線元 的等效電路102.2.2 傳輸線方程的推導(dǎo)1. 時(shí)域中的傳輸線方程線上的“電壓降”、“電流降”為tizLzzutzutzzuu1,tuzCzzitzitzzii1,tuCzitiLzu11傳輸線方程 第2章 傳輸線112.2.2 傳輸線方程的推導(dǎo)2. 復(fù)頻域中的傳輸線方程3. 傳輸線的波動(dòng)方程 tzUt , zujeRe tzIt , zijeRe頻域中的 傳輸線方程第2章 傳輸線 zUCzzIzILzzU11jddjdd傳輸線的波動(dòng)方程0dd

6、0dd222222IzIUzU122.2.3 傳輸線方程的解1. 通解（1）通解的復(fù)數(shù)形式（2）通解的瞬時(shí)形式 特性阻抗通解的復(fù)數(shù)形式 zzBAzUjjee zzBAZzIjj0ee1110CLZ 第2章 傳輸線BAtztBztAzUtzucoscose )(Re,jBAtztZBztZAzItzicoscose )(Re,00j132.2.3 傳輸線方程的解（3） 入射波與反射波的概念tzutzutzu,tzitzitzi,AztAtzucos,AztZAtzicos,0BztBtzucos,BztZBtzicos,0從負(fù)載向信號(hào)源方向（ez）傳播反射波第2章 傳輸線.Const,Azttz

7、等相位面 隨著 t 增加，則 z 減小，表明等相位面沿 ez 方向運(yùn)動(dòng)，波由信號(hào)源向負(fù)載方向傳播入射波 142.2.3 傳輸線方程的解2. 特解由邊界條件確定特解的三角函數(shù)形式 LUU0 LII0 zzBAzUjjee zzBAZzIjj0ee1LLLIUZ LLIZUA021LLIZUB021 zLLzLLIZUIZUzUj0j0e21e21 zLLzLLIZUZIZUZzIj00j00e21e21第2章 傳輸線 zZIzUzULLsinjcos0 zIzZUzILLcossinj0152.2.4 傳輸線的特性參量1. 特性阻抗 定義：傳輸線上入射波電壓與入射波電流之比。 計(jì)算式 zIzUZ

8、0110CLZ 第2章 傳輸線162.2.4 傳輸線的特性參量 例例2-2-1 （例（例2-2-2）均勻無耗同軸線的內(nèi)導(dǎo)體外半徑和外導(dǎo)體內(nèi)半徑分別為0.8mm和2.0mm，內(nèi)外導(dǎo)體間填充介質(zhì)的r= 2.5，r= 1。計(jì)算該同軸線的特性阻抗。若填充介質(zhì)為空氣，求特性阻抗？第2章 傳輸線abababCLZrrln60ln2ln2110解：利用表2-1-1中的公式得 7 .34 8 . 02ln5 . 21600Z 0 .55 ln600abZ若填充介質(zhì)為空氣 172.2.4 傳輸線的特性參量2. 相波長和相移常數(shù)相波長 定義：傳輸線上的單向波在同一瞬時(shí)相位相差為2的兩點(diǎn)間的距離。相移常數(shù) 定義：每

9、單位長度傳輸線上單向波的相位變化值。 22121zzztztAA21zzp相波長 p211CL第2章 傳輸線182.2.4 傳輸線的特性參量3. 相速度定義：傳輸線上單向波的等相位面行進(jìn)的速度。 .Const,Azttz相速度 0dd,dzttztzvpddfvpp111CLvprrrrpcv0011第2章 傳輸線192.3 輸入阻抗、反射系數(shù)和駐波比2.3.1 輸入阻抗和輸入導(dǎo)納1. 輸入阻抗定義式計(jì)算式物理意義 （1）輸入阻抗是長度為z的傳輸線段和終端負(fù)載組成的傳輸線電路的等效阻抗 。 （2）長度為z的傳輸線段起到將Zl變換成Zin(z)的作用。 zIzUzZin zZZzZZZzZLLt

10、anjtanj000in第2章 傳輸線 Zin(z) ZL z Zin 圖2-3-1 輸入阻抗的物理意義202.3.1輸入阻抗和輸入導(dǎo)納輸入阻抗的物理意義2. 輸入導(dǎo)納LZzZ2inLZZzZ20in4周期性倒置性 zUzIZzYinin1 zYYzYYYzYLLtanjtanj000in第2章 傳輸線 Zin(z) ZL z Zin 圖2-3-1 輸入阻抗的物理意義212.3.2 反射系數(shù)定義：均勻無耗傳輸線上，距負(fù)載z處的反射波電壓與入射波電壓之比。 計(jì)算式 zUzUz zzLLzZZZZzj2j00ee 0j000eZZZZLLLL Lz zz20第2章 傳輸線222.3.3 駐波比和行

11、波系數(shù)1. 駐波比定義：沿線合成波電壓的的最大模值與最小模值之比。計(jì)算式 2. 行波系數(shù)定義為駐波比的倒數(shù)。 minmaxUU11111maxminUUK第2章 傳輸線232.3.4 幾個(gè)重要關(guān)系式1. 輸入阻抗與反射系數(shù)的關(guān)系2. 輸入阻抗與駐波比的關(guān)系 zzZzZ110in0maxinZzZ0mininZzZ電壓腹點(diǎn)：電壓節(jié)點(diǎn)：第2章 傳輸線242.3.5 用工作參數(shù)描述傳輸線的工作狀態(tài)第2章 傳輸線表2-3-1 傳輸線的工作狀態(tài)與工作參數(shù)的關(guān)系LZLK0ZZL0LZLXj0ZZLLXj10L110 K工作狀態(tài)反射情況行波狀態(tài)011無反射駐波狀態(tài) 、 或10全反射行駐波狀態(tài) 、0、 、部分

12、反射25 例例2-3-1 傳輸線電路如圖，試求：(1) AA點(diǎn)的輸入阻抗 ;(2) B、C、D、E各點(diǎn)的反射系數(shù); (3) AB、BC、CD、BE各段的駐波比 。第2章 傳輸線求解方法：先支路后干線，從負(fù)載端向信號(hào)源端的次序解題。題中，AB、BC、CD、BE段都是無耗均勻傳輸線，通常稱AB段為主線。圖2-3-2 A A () () () () Z0 Z0 Z0 Z0 21Z0 2Z0 B C D E p21 p21 p41 26例例2-3-1（1） AA點(diǎn)的輸入阻抗 0C2ZZ 0BC2ZZ0020BE22ZZZZ0BEBCBEBCBEBCB/ZZZZZZZZ0AZZ第2章 傳輸線圖2-3-2

13、272.3 輸入阻抗、反射系數(shù)和駐波比例例2-3-1（2） B、C、D、E各點(diǎn)的反射系數(shù) 00000D0DD22ZZZZZZZZ312200000E0EEZZZZZZZZ312200000C0CZZZZZZZZC0B第2章 傳輸線圖2-3-2282.3 輸入阻抗、反射系數(shù)和駐波比例例2-3-1（3） AB、BC、CD、BE各段的駐波比 00000000002222ZZZZZZZZZZZZDDCD當(dāng)當(dāng)22000ZZZZEBE22000ZZZZCBC1AB第2章 傳輸線圖2-3-2292.4 均勻無耗傳輸線的工作狀態(tài)2.4.1 行波狀態(tài)條件 電流、電壓復(fù)域表達(dá)式電流、電壓時(shí)域表達(dá)式輸入阻抗傳輸功率

14、0ZZL zLUzUje zLIzIjeALztUtzucos,ALztItzicos, 0inZZzZL LLIUzIzUzP21Re21第2章 傳輸線302.4.1 行波狀態(tài)特點(diǎn) （1）電壓、電流振幅值沿線不變，且電壓和電流同相。 （2） 輸入阻抗值沿線不變，處處等于特性阻抗，且呈純阻性。 （3）信號(hào)源輸入的功率全部被負(fù)載吸收，即行波狀態(tài)能最有效地傳輸功率。 Z0 ZL=Z0 |U| |I| Zin 0 z 第2章 傳輸線圖2-4-1 行波狀態(tài) 312.4.2 駐波狀態(tài)產(chǎn)生駐波狀態(tài)的條件LLXZj0（終端接純電抗負(fù)載）（終端開路）（終端短路）第2章 傳輸線322.4.2 駐波狀態(tài)1. 終端

15、短路（ ）時(shí)的駐波狀態(tài) 電流、電壓復(fù)域表達(dá)式電流、電壓時(shí)域表達(dá)式輸入阻抗傳輸功率1L zz2je zZIzULsinj0 zIzILcos ALttzZIzUtzusinsineRe,0j ALttzIzItzicoscoseRe,j zZzZtanj0in 0Re21zIzUzP第2章 傳輸線0LZ332.4.2 駐波狀態(tài)駐波特性（1）電壓、電流振幅沿線周期變化，腹點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)以/4為間距交替出現(xiàn)； （2）輸入阻抗沿線周期變化 在z=0處可等效為LC串聯(lián)諧振電路； 在z=/4處可等效為LC并聯(lián)諧振電路；（3） 駐波狀態(tài)下，傳輸線不能傳輸功率 。 第2章 傳輸線0LZ圖2-4-2 終端短路( )時(shí)

16、的駐波狀態(tài)342.4.2 駐波狀態(tài)2. 終端開路（ ）時(shí)的駐波狀態(tài)電流、電壓復(fù)域表達(dá)式電流、電壓時(shí)域表達(dá)式輸入阻抗1L zz2 je zUzULcos zZUzILsinj0 ALttzUzUtzucoscoseRe,j ALttzZUzItzisinsineRe,0j zZzZcotj0in第2章 傳輸線LZ352.4.2 駐波狀態(tài)2. 終端開路（ ）時(shí)的駐波狀態(tài)駐波特性分析 分析方法：延長線法或切除法；即 延長/4后短路，或把短路線從末端切除/4。 ZL= Z0 0 0 z z |U|,|I| |U| |I| /4 /2 3/4 5/4 Zin 第2章 傳輸線LZ圖2-4-3 終端開路(

17、)時(shí)的延長線法 LZ362.4.2 駐波狀態(tài)3. 終端接純電抗負(fù)載時(shí)的駐波狀態(tài) （1）終端接電感負(fù)載( )時(shí) 用延長線法將電感負(fù)載等效為長度為lL的終端短路線終端接電感負(fù)載時(shí)，距離負(fù)載最近的是電壓腹點(diǎn)(電流節(jié)點(diǎn)) 。 l Z0 jXL lL Z0 |U|,|I| |I| |U| 0 z LLlZXtanjj0第2章 傳輸線0LX圖2-4-4 終端接電感負(fù)載時(shí)的延長線法 372.4.2 駐波狀態(tài)（2）終端接電容負(fù)載( )時(shí)用延長線法將電容負(fù)載等效為長度為lC的終端開路線 終端接電容負(fù)載時(shí)，距離負(fù)載最近的是電壓節(jié)點(diǎn)(電流腹點(diǎn))。 CLlZXcotjj0第2章 傳輸線0LX圖2-4-5 終端接電容負(fù)

18、載時(shí)的延長線法 l Z0 jXL Z0 |U|,|I| |I| |U| z Lc 0 382.4.2 駐波狀態(tài)4. 駐波狀態(tài)的應(yīng)用 （1）用作絕緣支架 支撐線不影響主傳輸線的信號(hào)傳輸，因而被稱為絕緣支架 。第2章 傳輸線圖2-4-6 終端短路線用作絕緣支架4392.4.2 駐波狀態(tài)（3）作收發(fā)開關(guān) 發(fā)射時(shí)，來自發(fā)射機(jī)的大功率信號(hào)使放電管放電，使放電管處形成短路。放電管1使/2終端短路線支路在A點(diǎn)的輸入阻抗為，同時(shí)放電管2使接收機(jī)支路在B點(diǎn)的輸入阻抗為 ，因此，大功率信號(hào)不能進(jìn)入接收機(jī)，只能經(jīng)主傳輸線傳送至雷達(dá)天線。第2章 傳輸線 發(fā)射機(jī) 天線 接收機(jī) 放電管 1 放電管2 /4 A /4 /4

19、 /4 B A B 圖2-4-7 某米波雷達(dá)的收發(fā)開關(guān)40 例例2-4-1 傳輸線電路如圖所示，主線AB端接一段/2終端開路線，連接點(diǎn)B是終端開路線上的任意一點(diǎn)，分析該傳輸線電路的特性。 xYxYYtanj2tanj002021YYYB第2章 傳輸線注：該/2終端開路線可等效為一個(gè)LC并聯(lián)諧振回路，主線呈駐波狀態(tài)。xYZYtanj1011解：圖2-4-8 駐波特性用于分析傳輸線電路412.4.3 行駐波狀態(tài)產(chǎn)生行駐波狀態(tài)的條件行駐波狀態(tài)的特點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的駐波狀態(tài)相似。 LLXZZj00， 1z110 K第2章 傳輸線0LZLZLLXZj0LX0ZRZLL0ZRZLLLLLXRZj0LXLLLXRZ

20、j0LX表2-4-2 與駐波狀態(tài)對(duì)應(yīng)的行駐波狀態(tài)且且且且駐波狀態(tài)對(duì)應(yīng)的行駐波狀態(tài)0LX0LXLLXZj422.4.3 行駐波狀態(tài)1. 名稱的由來 沿線的合成波可視為兩部分的疊加，一為行波部分，另一為駐波部分，因而稱為行駐波狀態(tài)。 2. 電流電壓振幅分布 zzzzzBBABAzUjjjjjeeeee駐行UUzBBAzcos2ej第2章 傳輸線 212cos21UzU 2120cos21ZUzI432.4.3 行駐波狀態(tài)2. 電流、電壓振幅分布特點(diǎn)（1）電壓、電流振幅分布介于行波狀態(tài)與駐波狀態(tài)之間 （2）電壓腹點(diǎn)(節(jié)點(diǎn))與電流腹點(diǎn)(節(jié)點(diǎn))振幅的相互關(guān)系第2章 傳輸線UUU2maxUUmin0III

21、2maxIImin0max0maxIZUmin0minIZU442.4.3 行駐波狀態(tài)第2章 傳輸線 /4 /2 3/4 5/4 O Z0 RLZ0 |U|,|I| |U| |I| z a) |U|max b) Z0 RL0) |U|,|I| |I| 0z/4 z |U| /4 /4 O Z0 ZL=RL+jXL (XL0) |U|,|I| |I| /4z/2 /4 /4 z |U| /4 /4 O 462.4.3 行駐波狀態(tài)第2章 傳輸線min0minIZU2n240maxnz1maxUU 10minZUI12 n41240minnz1minUU10maxZUI表2-4-3 行駐波電壓、電流

22、的腹點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)的位置及振幅條 件位 置振 幅電壓腹點(diǎn)（電流節(jié)點(diǎn)）電壓節(jié)點(diǎn)（電流腹點(diǎn)）472.4.3 行駐波狀態(tài)3. 沿線輸入阻抗的分布規(guī)律具有 周期性；具有 倒置性。 4. 傳輸功率物理意義：入射波功率與反射波功率之差，即傳輸功率等于負(fù)載的吸收功率。 2max02min0minmax021221IZIZIIZzP 20212ZUzP第2章 傳輸線 ininL00L0injtanjtanjXRzZZzZZZzZ2448 例例2-4-2 傳輸線電路如圖2-4-11所示。若各段傳輸線的特性阻抗均為 ， 是待定元件，CD段是 短路線測(cè)量計(jì)(短路端所接電流表的內(nèi)阻忽略不計(jì))。求：（1）為使AB段工作在行波

23、狀態(tài)， 值應(yīng)取多少？（2）用 短路線測(cè)量計(jì)測(cè)得電流有效值 ，畫出沿線電壓、電流有效值分布并標(biāo)出腹點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)值。 2000Z1R4A1 . 0有效I第2章 傳輸線1R4解 （1） CD段 CDZ2CRZ BC段0220BC2ZRZZ BE段120BERZZ AB段 0120BEBCB22/ZRZZZZ0BZZ 100201ZR圖2-4-10 例2-4-2的傳輸線電路49 例例2-4-2 第2章 傳輸線（2） CD段：D點(diǎn)是電流腹點(diǎn)、電壓節(jié)點(diǎn)，C點(diǎn)是電流節(jié)點(diǎn)、電壓腹點(diǎn) maxDA1 . 0III有效minD0UU0CIV200maxmaxCZIUUBC段：C點(diǎn)是電流腹點(diǎn)、電壓節(jié)點(diǎn)，B點(diǎn)是電流節(jié)點(diǎn)、電

24、壓腹點(diǎn) V20minC UUmax2CCA2 . 0IRUIV400maxmaxBZIUUA1 . 00minminBZUIIBE段：B點(diǎn)是電流腹點(diǎn)、電壓節(jié)點(diǎn)，B點(diǎn)是電流節(jié)點(diǎn)、電壓腹點(diǎn) V40maxB UUA1 . 040040BEBBZUIV200minEZIUA2 . 01EERUIAB段呈行波 V40BA UUA2 . 00AAZUI50 例例2-4-2 （2）圖2-4-11 例2-4-2中的電壓、電流有效值分布第2章 傳輸線 40V 0.1A 0.2A 20V B E 40V 0.2A 0.1A 0.2A 0.1A A B C D 20V 512.5 傳輸線的阻抗匹配2.5.1 阻抗匹

25、配的概念 1. 阻抗不匹配的危害 使傳輸線功率容量下降 影響發(fā)射機(jī)的輸出功率，從而影響雷達(dá)最大探測(cè)距離。第2章 傳輸線0221ZUPbrbr圖2-5-1 信號(hào)源不匹配對(duì)雷達(dá)最大探測(cè)距離的影響522.5.1 阻抗匹配的概念2. 共軛匹配傳輸線的輸入阻抗和信號(hào)源的內(nèi)阻抗互為共軛值時(shí)稱為共軛匹配共軛匹配時(shí)信號(hào)源輸出最大功率gggXRZjinininjXRZinRRginXXg第2章 傳輸線圖2-5-2 共軛匹配gggggRERREP8421222max532.5.1 阻抗匹配的概念3. 負(fù)載匹配指負(fù)載與傳輸線之間的阻抗匹配（ ）負(fù)載匹配時(shí)傳輸線最有效地將微波功率傳輸?shù)截?fù)載 4. 信號(hào)源匹配指信號(hào)源與

26、傳輸線之間的阻抗匹配（ ）微波系統(tǒng)呈行波的條件 工程上設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)淖杩蛊ヅ渚W(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。 第2章 傳輸線0ZZL0ZZg0ZZZLg542.5.2 /4阻抗變換器匹配原理頻率特性 A B /4 Z01 ZB Z0 RL LRZZ201B0BZZ LRZZ0010220B0B2tan411ffRRRZZZZLLLB 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.05 0 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 LR= 8 0.125 1.6 1.7 4 0.25 2 0.5 f f0 LR= LR= B0ZRRLL第2章 傳輸線4圖2

27、-5-3 阻抗變換器4圖2-5-4 阻抗變換器的頻率特性曲線552.5.3 寬帶/4阻抗變換器1. 多節(jié)/4阻抗變換器變換比 B A C RL Z02 /4 /4 Z01 Z0 LRZZ202CC201BZZZ 0BZZ 00102ZRZZL02ZRL001ZRZLLRZ02第2章 傳輸線4圖2-5-5 兩節(jié) 阻抗變換器的組成562.5.3 寬帶/4阻抗變換器2. 補(bǔ)償式/4阻抗變換器f=f0時(shí)ff0時(shí)02011ZRZZL021BZZZZlRZlZRZZLLtanjtanj01010112201012011jLLRZZRZlZZcotj02202j Ztancot l220101021LRZZ

28、Z第2章 傳輸線021BZZZZLRZ 014圖2-5-6 串聯(lián)補(bǔ)償式 阻抗變換器572.5.4 枝節(jié)匹配器1. 并聯(lián)單支節(jié)匹配器并聯(lián)單支節(jié)匹配器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)任意復(fù)阻抗的匹配，但它是窄頻帶的，只能對(duì)一個(gè)頻點(diǎn)實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的匹配。 l x Y1 Y2 Y0 YL a a A B C 短路棒 A BYYj01BYj2021YYYYaa調(diào)x長度調(diào)l長度第2章 傳輸線圖2-5-8 并聯(lián)單支節(jié)匹配器58 例例2-5-1 已經(jīng)調(diào)整好的并聯(lián)單支節(jié)匹配器如圖2-5-8所示。若測(cè)得 點(diǎn)電壓振幅值 ，試寫出：（1）負(fù)載 的吸收功率表達(dá)式；（2）aB支路上電壓腹點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)振幅值的表達(dá)式；（3）aC支路上電壓腹點(diǎn)振幅值的表達(dá)式

29、。AA UUAAlY l x Y1 Y2 Y0 YL a a A B C 短路棒 A 圖2-5-8 并聯(lián)單支節(jié)匹配器解 （1）主線Aa段呈行波 0202212YUZUzP（2） llLYYYYz0011minmaxUU 02max2ZUzP聯(lián)立求解 第2章 傳輸線59例例2-5-1 （3）aC支路上電壓振幅值為 zZIzULsinj0 lUlZIlUUaasinsinmax0max主線Aa段呈行波，有 UUaa maxIIL終端短路線上 處是電流腹點(diǎn) 0zlUUsinmax第2章 傳輸線602.5.4 枝節(jié)匹配器2. 并聯(lián)雙支節(jié)匹配器并聯(lián)雙支節(jié)匹配器的支節(jié)不必在主線上滑動(dòng)，因而特別適用于同軸線

30、電路，但它也是窄頻帶的，只能對(duì)一個(gè)頻點(diǎn)實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的匹配，而且存在匹配禁區(qū)。BYYj01BYj2021YYYYaa Y1 Y2 Y3 Y4 YL l1 d1 Y0 a a b b d2 l2 調(diào)l2長度調(diào)l1長度第2章 傳輸線圖2-5-9 并聯(lián)雙支節(jié)匹配器612.5.5 漸變線匹配器1. 指數(shù)漸變線阻抗特性特性阻抗邊界條件 BsAsZe0 000ZZ LZlZ0 LZlsZsZsZlnexp00歸一化特性阻抗第2章 傳輸線圖2-5-10 指數(shù)式漸變線及其等效電路a)指數(shù)式漸變線 b)等效電路 s l 0 主線 Z0 )(0sZ LZ LZ 0 s ds Z0(s) Z0(s+ds) 主線 (a)

31、(b) 622.5.5 漸變線匹配器2. 指數(shù)漸變線的頻率特性 sZsZssZ000dd SZsZsZsZssZsZssZs0000000lnd212dddd微分反射系數(shù) sZlsLdln21d lsLlsZl02j0deln210d0llZsLsineln21j 2 3 0 4 5 6 7 8 l 0.25 0.5 0.75 1 2(0) ln(ZL) sZlsLdeln210d2j第2章 傳輸線圖2-5-11 指數(shù)式漸變線的頻率特性632.6 有耗傳輸線2.6.1 均勻有耗傳輸線方程及其解1. 均勻有耗傳輸線等效電路第2章 傳輸線圖2-6-1 有耗線元 的等效電路z642.6.1 均勻有耗

32、傳輸線方程及其解2. 均勻有耗傳輸線方程在時(shí)域中的形式在復(fù)頻域中的形式波動(dòng)方程 第2章 傳輸線tiLiRzu11tuCuGzi110dd222UzU0dd222IzI1111jjCGLR傳播常數(shù) zILRzzU11jdd zUCGzzI11jdd652.6.1 均勻有耗傳輸線方程及其解3. 均勻有耗傳輸線方程的解解的雙曲函數(shù)的形式 特性阻抗 zLLzLLIZUIZUzUe21e2100 zLLzLLIZUZIZUZzIe21e21000011110jjCGLRZ zZIzUzULLsinhcosh0 zIzZUzILLcoshsinh0第2章 傳輸線662.6.1 均勻有耗傳輸線方程及其解均勻

33、有耗傳輸線的特點(diǎn)可以通過變換 將對(duì)均勻無耗傳輸線的分析移植到均勻有耗傳輸線 均勻有耗傳輸線的傳播常數(shù)是復(fù)數(shù)均勻有耗傳輸線的特性阻抗是復(fù)數(shù)1111jjCGLRj zZZzZZZzZLLtanhtanh000in0011110jjjXRCGLRZ第2章 傳輸線672.6.2 幾種常見的均勻有耗傳輸線1. 低損耗線特點(diǎn)：相移常數(shù)與均勻無耗傳輸線相同，只是入射行波和反射行波振幅沿線有小的衰減，線上任一點(diǎn)的電壓和電流之間有小的相位差。 2. 高損耗線終端開路時(shí)11LR11CG11111122CLGLCR11CL11111111021jLRCGCLCLZ11LR11CG zUzULcosh zZUzILs

34、inh0 zZzZcoth0in第2章 傳輸線682.6.2 幾種常見的均勻有耗傳輸線 （1）由于電壓、電流振幅呈指數(shù)衰減特性，高損耗線上的反射波很弱，故合成波振幅分布與入射波的類似。 （2）由于高損耗線上的反射波很弱，故越靠近信號(hào)源端，輸入阻抗值越接近高損耗線的特性阻抗。 U U I ZL= z |U|,|I| |U+| |I+| |U-|,|I-| |U+|,|I+| |U-| |I-| |U| |I| 2 2 2 /4 0 0 0 a)線路圖 b)入射電壓和電流的幅度圖 c)反射電壓和電流的幅度圖 d)復(fù)合波電壓和電流的幅度圖 圖2-6-3 終端開路高損耗線的電壓、電流振幅分布第2章 傳

35、輸線692.6.3 表示有耗傳輸線的幾種方法1. 有耗傳輸線的衰減量（ ）和衰減常數(shù)（ ）有耗傳輸線的衰減量：線上相距l(xiāng)的兩點(diǎn)間單向波振幅相對(duì)變化的對(duì)數(shù)值衰減常數(shù)：單位長度有耗傳輸線對(duì)單向波振幅的衰減量 lzUlzUA ln zUlzUllAln1 zUlzUAlog10 zUlzUllAlog10第2章 傳輸線A奈培(NP) 分貝(dB) 分貝/米（dB/m） 奈培/米（NP/m） dB686. 8NP1NP115. 0dB1702.6.3 表示有耗傳輸線的幾種方法2. 有耗傳輸線的Q值 有耗傳輸線的Q值由導(dǎo)體損耗對(duì)應(yīng)的Qd值和由介質(zhì)損耗對(duì)應(yīng)的Qc值構(gòu)成3. 有耗傳輸線的效率 定義：負(fù)載吸收

36、功率與有耗傳輸線的輸入功率之比 cdQQQ11111RLQctan111GCQd第2章 傳輸線inPPLll2sinh1212cosh1712.7 微帶線2.7.1 標(biāo)準(zhǔn)微帶線1. 構(gòu)成與傳輸主模 構(gòu)成：由金屬帶條、介質(zhì)基片、金屬接地板構(gòu)成。傳輸主模：準(zhǔn)TEM模。第2章 傳輸線圖2-7-1 微帶線722.7.1 標(biāo)準(zhǔn)微帶線2. 微帶線的特性參量微帶線的特性參量主要是特性阻抗、相速度與相波長，分析時(shí)通常采用有效介電常數(shù)法。 （1）有效介電常數(shù)引入：將非均勻填充問題轉(zhuǎn)化為均勻填充問題進(jìn)行分析 。010101001cCCLZ第2章 傳輸線rrZCLCLZ000101110圖2-7-2 有效介電常數(shù)的

37、引入a）空氣均勻填充 b）介質(zhì)均勻填充732.7.1 標(biāo)準(zhǔn)微帶線2. 微帶線的特性參量（1）有效介電常數(shù)01101CCCrreeCC1011圖c是微帶線，介質(zhì)部分填充，其分布電容第2章 傳輸線 圖d是等效均勻填充傳輸線，如果引入有效介電常數(shù) ，使其滿足 就可以把原問題等效成介電常數(shù)為 的介質(zhì)均勻填充的問題，并使等效前后的分布電容值不變。ee圖2-7-2 有效介電常數(shù)的引入c）介質(zhì)部分填充 d）等效介質(zhì)均勻填充742.7.1 標(biāo)準(zhǔn)微帶線2. 微帶線的特性參量（1）有效介電常數(shù)填充因子 ：描述介質(zhì)部分填充的程度 。 ，對(duì)應(yīng)空氣均勻填充 ； ，對(duì)應(yīng)介質(zhì)均勻填充 ； ，對(duì)應(yīng)介質(zhì)部分填充 。近似計(jì)算公式 21101121Whq11req第2章 傳輸線q0q1q10 q752.7.1 標(biāo)準(zhǔn)微帶線（2）特性參量的計(jì)算eZZ000hWWhZ48ln60001hW4444. 1ln667. 0393. 112000hWhwZ1hWecvpe0p第2章 傳輸線惠勒公式 762.7.1 標(biāo)準(zhǔn)微帶線3. 微帶線的損耗4. 對(duì)微帶線工作頻帶和尺寸的考慮（1）臨界頻率（2）最短工作波長 dchZfrc041195. 01422minminminrrrhhW第2章 傳輸線772.7.2 平行帶條耦合微帶