电磁场和电磁波07.ppt

电磁场与电磁波 传输线 传输线——用以传输电磁波信息和能量的传输系统的总称 双导体传输线，包括平行双线、同轴线、微带线等，可用于传输TEM波或准TEM波 金属波导，包括各种各样的截面形状的波导管，可用于传输TE波或TM波 介质传输线，包括介质波导、单根表面波传输线等 传输线 传输线的主要类型 7.1 均匀传输线的分析 均匀传输线的电路等效 一般将截面尺寸、 形状、 媒质分布、 材料及边界条件均不变的导波系统称为规则导波系统，又称为均匀传输线，它可以用两根平行导线来表示。 7.1 均匀传输线的分析 均匀传输线的电路等效 当高频电流通过传输线时，导线将产生热耗，这表明导线具有分布电阻；由于导线间绝缘不完善而存在漏电流，这表明沿线各处有分布电导；电流通过导线， 在周围产生磁场，即导线存在分布电感；两导线间存在电压，其间有电场，则导线间存在分布电容。这四个分布元件可分别用单位长度的分布电阻R、分布漏电导G、分布电感L和分布电容C来描述。 7.1 均匀传输线的分析 均匀传输线的电路等效 设传输线始端接有内阻为Zg的信号源，终端接有阻抗为Zl的负载。建立坐标系，原点在终端负载处，方向由负载指向信号源，其上任意微分小段可等效为由电阻RΔz、电感LΔz、电容CΔz和漏电导GΔz组成的网络。 7.1 均匀传输线的分析 均匀传输线的电路等效 设时刻t在离传输线终端z处的电压和电流分别为u(z, t)和i(z, t)，而在位置z+Δz处的电压和电流分别为u(z+Δz, t)和i(z+Δz, t)。 7.1 均匀传输线的分析 对很小的Δz，应用基尔霍夫定律，即： 电压的变化=电阻消耗+电感反抗电流引起的电压变化 电流的变化=电导分流+电容反抗电压引起的电流变化 所以有 7.1 均匀传输线的分析 两边同时除以Δz，并取极限，得到 7.1 均匀传输线的分析 对于角频率为ω的正弦电源，线上电压和电流可用复振幅表示 7.1 均匀传输线的分析 代入（7-1-2）式，并消去时间因子ejωt，可得 7.1 均匀传输线的分析 进一步计算得到 7.1 均匀传输线的分析 该方程的通解为 7.1 均匀传输线的分析 传输线的边界条件通常有以下三种： （1） 已知始端电压Ui和始端电流Ii; （2） 已知终端电压UL和终端电流IL; （3） 已知信号源电动势Eg和内阻Zg以及负载阻抗Zl。 7.1 均匀传输线的分析 下面以第二种边界条件为例来确定A1, A2。 将边界条件： z=0处U(0)=UL， I(0)=IL, 代入式（7-1-6）可解得 7.1 均匀传输线的分析 再将上式代入式（7-1-6）, 则有 将上式写成矩阵形式为 7.1 均匀传输线的分析 传输线方程解的分析 令γ=α+jβ，那么在7-1-6式中，α可以看作是衰减常数，β可以看作是相位常数，因此电压和电流均可以看作是前向波与后向波的叠加 7.1 均匀传输线的分析 传输线的重要参量 特性阻抗Z0 对于均匀无耗传输线， R=G=0， 因此均匀无耗传输线的特性阻抗为 此时， 特性阻抗Z0为实数， 且与频率无关。 7.1 均匀传输线的分析 传输线中的重要参量 传播常数γ 对于均匀无耗传输线，R=G=0，有 对于损耗很小的传输线， 即满足RωL, GωC时： 7.1 均匀传输线的分析 传输线中的重要参量 反射系数——任一点处反射波电压与入射波电压之比 对无耗传输线γ=jβ，终端负载为Zl，得 其中 7.1 均匀传输线的分析 传输线中的重要参量 传输线上任意一点的反射系数为 反射系数的大小相等，沿线只有相位作周期性变化，具有半波长的重复性 7.1 均匀传输线的分析 传输线中的重要参量 当 时， ，表明没有反射波，传输线上只有由电源向负载方向传播的行波 当终端开路（ ），或终端短路（ ），或终端接纯电抗负载（ ，即电容或电感），有反射系数的模 ，表明入射到终端的波全部被反射 任一点处的电压及电流可表示为 7.1 均匀传输线的分析 传输线中的重要参量 输入阻抗——任一点处电压与电流之比 对无耗均匀传输线，将γ=jβ代入式（7-1-9）可得 因此， 均匀无耗传输线的输入阻抗为 也可写为 7.1 均匀传输线的分析 传输线中的重要参量 驻波比——传输线上电压最大值与电压最小值之比 电压驻波比有时也称为电压驻波系数，简称驻波系数，其倒数称为行波系数，用K表示 反过来， |Γl|也可用ρ表示： 驻波比（行波系数）和反射系数一样可用来描述传输线的工作状态，但它没有相位信息，主要用于描述传输线的匹配程度。 7.1 均匀传输线的分析 传输线中的重要参量 相速