射頻結(jié)課論文-傳輸線的理論特性及實(shí)際中的應(yīng)用

XXXXXX大學(xué)射頻結(jié)課論文題目：傳輸線的理論特性及實(shí)際中的應(yīng)用院（系）：電子與信息工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)：電子信息工程班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：日期：2013年12月11日傳輸線的理論特性及實(shí)際中的應(yīng)用摘要：微波信號(hào)由傳輸線長(zhǎng)度比傳輸信號(hào)波長(zhǎng)的值確定，通常情況下信號(hào)路徑長(zhǎng)度<1/6有效波長(zhǎng)可判定該傳輸線為微波信號(hào)傳輸。微波傳輸線是高頻信號(hào)測(cè)量中一項(xiàng)很重要的電路裝置。本文先闡述了微波的概論，并分析了傳輸線理論。最后分析研究了微波傳輸線的應(yīng)用。一、微波概論

1、微波的特性

微波是一種高頻率的電磁波，通常情況下為300mhz至300ghz，微波的波長(zhǎng)很短，一般在微波頻段中，其頻率相對(duì)較高，而繞射能力卻相對(duì)較弱，因此主要利用微波于視距范圍進(jìn)行信號(hào)的直線傳播，也稱(chēng)為視距傳播。微波技術(shù)的關(guān)鍵理論就是微波傳輸理論。

2、微波傳輸線

微波傳輸線是基本的微波器件，微波傳輸線主要用來(lái)進(jìn)行微波信號(hào)、微波能量的傳遞。矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)、平行雙線、帶狀線、微帶線以及同軸線都是常用的微波傳輸線。微波傳輸線是一項(xiàng)引導(dǎo)電磁波沿特定方向傳輸?shù)南到y(tǒng)，所以需要滿(mǎn)足麥克斯韋方程及導(dǎo)體、介質(zhì)的邊界條件，也就是說(shuō)，需要滿(mǎn)足的這兩點(diǎn)條件決定了導(dǎo)行電磁波的傳輸特性以及電磁場(chǎng)的分布規(guī)律。

3、傳輸線原理傳輸線是以橫電磁(TEM)模的方式傳送電能和（或）電信號(hào)的導(dǎo)波結(jié)構(gòu)。傳輸線的特點(diǎn)是其橫向尺寸遠(yuǎn)小于工作波長(zhǎng)。主要結(jié)構(gòu)型式有平行雙導(dǎo)線、平行多導(dǎo)線、同軸線、帶狀線，以及工作于準(zhǔn)TEM模的微帶線等，它們都可借助簡(jiǎn)單的雙導(dǎo)線模型進(jìn)行電路分析。各種傳輸TE模、TM模，或其混合模的波導(dǎo)都可認(rèn)為是廣義的傳輸線。波導(dǎo)中電磁場(chǎng)沿傳播方向的分布規(guī)律與傳輸線上的電壓、電流情形相似，可用等效傳輸線的觀點(diǎn)分析。傳輸線的電路表示方式一般以?xún)蓷l等長(zhǎng)的導(dǎo)線表示，如圖1(a)。其中的一小段長(zhǎng)度為Δz的傳輸線，可以用圖1(b)的集總元件電路模型描述。RsRLRsRLVsVout圖2(a):輸出輸入功率關(guān)系圖K=RK=RL/RS輸出功率圖2（b）輸出功率與阻抗比的關(guān)系由圖2(b)可知，當(dāng)RL=RS時(shí)可獲得最大輸出功率，此時(shí)為阻抗匹配狀態(tài)。推而廣之，如圖2（c）所示，當(dāng)輸入阻抗ZS與負(fù)載阻抗ZL間有ZS=ZL*的關(guān)系時(shí)，滿(mǎn)足廣義阻抗匹配的條件。所以，阻抗匹配電路也可以稱(chēng)為阻抗變換器（ImpedanceTransformer）。ZsVsZsVsZLPoutZL圖2(c):廣義阻抗匹配關(guān)系圖當(dāng)ZL=ZS*,即是[匹配](Matched)五、傳輸線在實(shí)際中的應(yīng)用

傳輸線是指能夠引導(dǎo)電磁波沿一定方向傳輸?shù)膶?dǎo)體、介質(zhì)或有它們構(gòu)成的導(dǎo)波系統(tǒng)的總稱(chēng)，其所引導(dǎo)的電磁波稱(chēng)為導(dǎo)行波。按其所傳輸電磁波的性質(zhì)可分為雙導(dǎo)體傳輸線、單導(dǎo)體傳輸線和介質(zhì)傳輸線。

把導(dǎo)行波傳播的方向稱(chēng)為縱向，垂直于導(dǎo)行波傳播的方向稱(chēng)為橫向。一般將截面尺寸、形狀、媒介分布、材料及邊界條件均不變的規(guī)則導(dǎo)波系統(tǒng)稱(chēng)為均勻傳輸線。傳輸線本身的不連續(xù)性可以構(gòu)成各種形式的微波無(wú)源元器件，這些元器件和均勻傳輸線、有源元件及天線一起構(gòu)成微波系統(tǒng)。

微波測(cè)量中的微波傳輸線匹配情況意義重大，通常情況下對(duì)于高頻信號(hào)幅度信息及傳遞均需要利用微波傳輸線，傳輸線駐波會(huì)影響到測(cè)量的誤差。一旦傳輸線、負(fù)載、信號(hào)源等形成的微波測(cè)量系統(tǒng)中的負(fù)載不能和傳輸線相匹配，就會(huì)形成駐波，不但會(huì)降低傳輸線功率容量，還會(huì)將傳輸線的衰減程度增加，導(dǎo)致信號(hào)源頻率及輸出不穩(wěn)定，難以獲得全部入射功率。傳輸線不僅用于傳送電能和電信號(hào)，還可以構(gòu)成電抗性的諧振元件。例如，長(zhǎng)度小于1/4波長(zhǎng)的終端短路或開(kāi)路的傳輸線，其輸入阻抗是感抗或容抗；長(zhǎng)度可變的短路線可用作調(diào)配元件（短截線匹配器）。又如長(zhǎng)度為1/4波長(zhǎng)的短路線或開(kāi)路線分別等效于并聯(lián)或串聯(lián)諧振電路，稱(chēng)為諧振線；其中1/4波長(zhǎng)短路線的輸入阻抗為無(wú)窮大，可用作金屬絕緣支撐等。此外，還可利用分布參數(shù)傳輸線的延時(shí)特性制成仿真線等電路元件。

1、電壓駐波比

傳輸線上的反射波與入射波疊加后形成駐波，即沿線各點(diǎn)的電壓和電流的振幅不同，以1/2波長(zhǎng)為周期而變化。電壓（或電流）振幅具有最大值的點(diǎn)，稱(chēng)為電壓（或電流）駐波的波腹點(diǎn)；而振幅具有最小值的點(diǎn)，稱(chēng)為駐波的波谷點(diǎn)；振幅值等于零的點(diǎn)稱(chēng)為波節(jié)點(diǎn)。線上某電壓波腹點(diǎn)與相鄰波谷點(diǎn)的電壓振幅之比稱(chēng)為電壓駐波比，簡(jiǎn)稱(chēng)駐波比；其倒數(shù)稱(chēng)為行波系數(shù)。

2、傳輸線反射

反射就是在傳輸線上的回波。信號(hào)功率(電壓和電流)的一部分傳輸?shù)骄€上并達(dá)到負(fù)載

處，但是有一部分被反射了。如果源端與負(fù)載端具有相同的阻抗，反射就不會(huì)發(fā)生了。源端

與負(fù)載端阻抗不匹配會(huì)引起線上反射，負(fù)載將一部分電壓反射回源端。如果負(fù)載阻抗小于源

阻抗，反射電壓為負(fù)，反之，如果負(fù)載阻抗大于源阻抗，反射電壓為正。布線的幾何形狀、

不正確的線端接、經(jīng)過(guò)連接器的傳輸及電源平面的不連續(xù)等因素的變化均會(huì)導(dǎo)致此類(lèi)反射。

3、傳輸線變壓器

一般的功率放大器的頻率特性取決于器件和輸出、輸入電路的頻率特性，以LC諧振回路為輸出電路的功率放大器，由于其相對(duì)通頻帶B/f0只有百分之幾甚至千分之幾，所以又稱(chēng)窄帶高頻功率放大器。這種放大器比較適用于固定頻率或頻率變化范圍較小的高頻設(shè)備，如專(zhuān)用通信機(jī)、微波激勵(lì)源。對(duì)于要求頻率相對(duì)變化范圍較大的短波、超短波電臺(tái)，由于調(diào)諧系統(tǒng)復(fù)雜，窄帶功率放大器的運(yùn)用就受到了嚴(yán)重的限制。

為了展寬功率放大器的頻帶，需要采用具有寬頻帶特性的輸出、輸入電路，傳輸線變壓器能夠滿(mǎn)足這種要求，可以使放大器的最高工作頻率擴(kuò)展至上千兆赫，并能同時(shí)覆蓋幾個(gè)倍頻程的頻帶寬度，實(shí)現(xiàn)了在很寬的范圍內(nèi)改變工作頻率時(shí)，放大器不用重新調(diào)諧的目的。

六、總結(jié)

微波信號(hào)由傳輸線長(zhǎng)度比傳輸信號(hào)波長(zhǎng)的值確定，通常情況下信號(hào)路徑長(zhǎng)度<1/6有效波長(zhǎng)可判定該傳輸線為微波信號(hào)傳輸。在高頻信號(hào)測(cè)量過(guò)程中，微波傳輸線發(fā)揮了重要的作用。高頻功率測(cè)量過(guò)程中，采用的傳輸線路不同，測(cè)量得到的結(jié)果也不相同。需要依據(jù)微波頻率進(jìn)行傳輸線的選擇，確保與傳輸系統(tǒng)相匹配。通過(guò)情況下采用增加非互易隔離器或去耦衰減器來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)源阻抗匹配，這樣可以將發(fā)射波吸收，起到保護(hù)信號(hào)源的作用。

七、心得體會(huì)通過(guò)學(xué)習(xí)這門(mén)課程，讓我對(duì)微波技術(shù)與射頻電路技術(shù)有了新的認(rèn)識(shí)，原來(lái)以為微波傳輸信號(hào)就是從這邊傳到那邊，而現(xiàn)在知道了傳輸線有那么多種類(lèi)以及它們的特點(diǎn)和用途，并且傳輸過(guò)程特別復(fù)雜。我也認(rèn)識(shí)到了許多微波的知識(shí)，平時(shí)只是從表面接觸到微波爐什么的，而這門(mén)課介紹了廣義上的微波，也讓我對(duì)微波有了更深一步的了解。對(duì)于現(xiàn)在的通信時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)成為我們生活中必不可少的，因此，我們對(duì)于信號(hào)的強(qiáng)弱和傳輸快慢的要求也非常高。研究這門(mén)課程使我們對(duì)于現(xiàn)代光纖技術(shù)也有了一定的了解，光纖之所以這么受歡迎也是因?yàn)樗鼭M(mǎn)足了現(xiàn)在社會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求。我也深刻認(rèn)識(shí)到世界科技的偉大，從發(fā)明電話到電視是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，我想這也是人類(lèi)偉大的智慧所在。隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)于通信的期望越來(lái)越高，從飛鴿傳書(shū)到郵寄信件，再到現(xiàn)在的電腦郵件以及視頻通話，這樣飛躍的發(fā)展讓我們感慨科技之偉大。在這門(mén)課程的學(xué)習(xí)中，我也努力學(xué)習(xí)科學(xué)家們刻苦認(rèn)真研究的成果，雖然課程比較難，也沒(méi)有課程考試，但是我們也通過(guò)網(wǎng)上查找資料和查閱書(shū)籍，對(duì)這門(mén)課程有了更多的認(rèn)識(shí)。接下來(lái)，我會(huì)在課余時(shí)間更多的去了解這門(mén)課程，因?yàn)檫@對(duì)我們以后的技術(shù)工作有很好的指導(dǎo)和幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]石化龍.利用計(jì)算機(jī)分析微波傳輸線的傳輸特性[j].光盤(pán)技術(shù).2009（3）：41-42

[2]郭文松.微波傳輸線理論在紫色土水分測(cè)量中的應(yīng)用研究[d].重慶市.西南