班級文件-微波-華版microwave

第3章微波傳輸線3.1

TEM，TE和TM波的一般解3.2

矩形金屬波導(dǎo)3.3

圓波導(dǎo)3.4

同軸線的高次模及單模傳輸3.5

帶狀線和微帶3.6

介質(zhì)波導(dǎo)3.4

同軸線的高次模及單模傳輸組成

理想導(dǎo)體理想介質(zhì)（均勻的）、理想同心圓柱體坐標(biāo)同軸線結(jié)構(gòu)及其坐標(biāo)系電磁場分布情況V0ln

b

a

r0E

E

e

jkzer

e

jk

zzV0

ln

b

a

r1

e

e

jkzH

e

E

分析隨各坐標(biāo)變化情況E

H都分布在橫截面上是TEM波金屬的表面電流JS

en

HJS1

er

Hr

a

"內(nèi)導(dǎo)體的外表面外導(dǎo)體的內(nèi)表面JS

2

er

Hr

b

"功率流：P

求特征阻抗：法一：基本定理法二：已有的結(jié)論*

12RebaE

H

dSdS

2r

dr不能太細(xì)，否則面電流太大，易燒壞方向：軸向方向：反軸向單位：A/m特征阻抗：法一：定義法CI

v

H

dl法二：已有的結(jié)論baU

0ZL00C0Z

00

120示波器探頭電纜

2

E0a

e

j

zbe

j

z

Er

dr

E0a

ln

a

r

a

ln

b

60

ln

b

U

1

0I

2

a

0

2

ln

b

a

12

b

0ln

2

a

1ln

b

a

常用傳輸線特性阻抗：50ohm、75ohm同軸傳輸線內(nèi)外半徑分別為3cm、6cm，中間填充空氣，求單位長度電感、單位長度電容、傳輸線特性阻抗例1：同軸傳輸線內(nèi)外半徑分別為3cm、6cm，中間填充空氣，求單位長度電感、單位長度電容、傳輸線特性阻抗例1：

6

2

10936

ln

6

3

0

a

ln

b

4

10702L

0

a

1

b

2

C0

20ln

a

00L0

1

0C

2

Z

7ln

3

1.38610

h

/

m

0.08109

f

/

m2

3

ln

b

120

ln

6

41.59（1）TEM波相速（波的速度）＝光速同軸線中的高階模ExEyxHz1ZTEMH

e

E

根據(jù)右手法則確定方向背景知識

HyTEM

Z1

ZTEMpTEMvTEM波思考E

E

e

jkz0與完全相同的TEM波2P1

E012E

E

e

jkz0同時進(jìn)入同軸線中傳輸功率2

02P

1

E

20E

2E

e

jkz2a

0P

4

E

2TEM波思考E

E

e

jkz0與振幅方向相反的TEM波2P1

E012E

E

e

jkz0同時進(jìn)入同軸線中傳輸功率2

02P

1

E

2E

0Pa

0能量哪里去了？（2）TM波特點(diǎn)：方向上無磁場分量同軸線中的高階模He波可選坐標(biāo)H//yHz

0背景知識1zTMZ

e

E

xH

EyTMZ

ExyHT

j

j

j（3）TE波特點(diǎn)：同軸線中的高階模選擇坐標(biāo)系E

ZTE

ez

H

方向上無電場分量Ez

0h波

j

T背景知識xH

Ey

ExyHTEZTM模TE模同軸線中的高階模出現(xiàn)條件：足夠高頻率

2

b

a

cc

b

a

c波導(dǎo)的高通特性：時傳輸?shù)谝桓叽文＃篢E11同軸線的單模傳輸條件？TM01高階模中最低次模截止波長TE11設(shè)計目標(biāo)1、Single

Mode

單模傳輸2、Minimal

Attenuation

最小衰減3、

al

Endure

Voltage

最大擊穿電壓同軸線設(shè)計時到底能不能傳輸單模傳輸

TE11Single

Mode同軸線是雙導(dǎo)體能傳TEM波TEM波是同軸線基模單模傳輸 2模傳輸單模傳輸波導(dǎo)(單導(dǎo)體)：單模傳輸條件單模傳輸波長TE01TE20TE102a2b

aTE11

TM11...IIIIII同軸線（雙導(dǎo)體）：單模傳輸條件單模傳輸 2模傳輸單模傳輸單模傳輸條件：與波導(dǎo)不同1

12R

S

2

a

b

0ln

a

2b

NP

/

m1

"2

c

R0導(dǎo)體外徑不變情況下求極值最大傳輸功率--最小衰減設(shè)理想介質(zhì)無損耗導(dǎo)傳輸損耗＝導(dǎo)

減＋介質(zhì)損耗這里

考慮：導(dǎo)

減減*1

R

S2

a02Z導(dǎo)體外徑不變求極值：最大傳輸功率--最小衰減導(dǎo)減c21

100

"NP

/

m0

ln

a

b

R

2Z1

2

S2a

2b

R

da空氣同軸波導(dǎo)：Zdc

a

b

a

a

L

ln

b

10

ln0C0Z0

1

2

220

ln

b

0a

0

b

3.62

1

120

ln

3.6

77最大耐壓--最大擊穿電壓

12ReSP

*E

H

dS

a

b

ln"

2

20E

a

b

Ua

ln

a

若知：最大擊穿電壓

VMAX

0∵

E

sP

a

b

lns2

UEMAX

a

b

mP

lnMAXa2E2*SE

H

dSbrzae

E

e

H

e2dr

a

MAXMAXV

E a

ln

b

0V0

erln

b

a

re

jkzE

E

e

jkzzV0ln

b

a

r1

e

e

jkzH

e

E

最大耐壓--最大擊穿電壓若知：最大擊穿電壓

a

b

Pm

lna2E2MAX導(dǎo)體外徑不變求極值：空氣同軸波導(dǎo)：2dPm

0

b

1.65da

a0Z

1

120

ln

1.65

30最小損耗小結(jié)最大耐壓折中對應(yīng)空氣同軸波導(dǎo)：b

3.6ab

1.65ab

2.3aZ0

50

在f=1GHz時同軸線參數(shù)為：L0=250nH/m,C0=95pF/m,R0=0.06ohm/m，G＝0。求：衰減系數(shù)例2相移常數(shù)相速度相對介電常數(shù)輸入功率為500W，傳輸10m的功率損耗vp

rL0=250nH/m,C0=95pF/m,R0=0.06ohm/m，G＝0例2衰減系數(shù)相移常數(shù)解：0

0L

2

fL

1570.8ohm

/

m

C0

2

fC0

596.6103

/

ohm

m0因此

L0

R0

,CG所以Z0

5.85104

Np

/

m

5.08103

dB

/

m0000L0

Z

120

c1

pL

C

v

0

0

0

0C1

51.3ohm

30.6rad

/

m0L0C2Z0

R0

L0C0f=1GHz例2L0=250nH/m,C0=95pF/m,R0=0.06ohm/m，G＝0相速度

30.6rad

/

m輸入功率為500W，傳輸10m的功率損耗

2.05108

m

/

s根據(jù)

c

vr

p相對介電常數(shù)所以r

p

c/

v

2.142loss

in2lP

P

1e

Pin

2l

5.85watts由于l的值很小，采用級數(shù)展開方式衰減1％，損耗較小0

01pv

LC

5.851