微波技术基础第12次课.ppt

微波技术基础 第5章 传输线的电路理论 5.1 引言 传输线的定义：能够导引电磁波沿一定方向传输的导 行波系统。 一般传输线的要求：能量损耗小，工作频带宽，功率 容量大，传输效率高，尺寸小和成本低。 分析方法：场解法和微波等效路法。 场解法—根据边界和初始条件求电磁场波动方程的解， 得出电磁场随时间和空间的变化规律； 微波等效电路法—利用分布参数电路的理论（传输线的电路模型）来分析电压波（对应电场）和电流波（对应磁场）随时间和空间的变化规律。 第5章 传输线的电路理论 两种分析方法的对比 场解法—结构简单的元件，分析起来也是相当繁琐， 复杂结构的元件就更难以进行。 微波等效电路法—又称传输线电路理论，亦称分布参 数电路理论，将电磁场的问题，在一定条件下化为电 路的问题来求解，即 “化场为路”，使问题得以简化。 第5章 传输线的电路理论 5.2 分布参数的概念 分布参数电路与集总参数电路的区别 集总参数电路频率低，波长远大于电路尺寸，电场与磁场可近似看作只随时间变化，不随导线长度变化。 导线上各点的电位相同。电能仅集中在电容器里，磁 能集中在电感线圈里，损耗集中在电阻上。 分布参数电路工作于微波波段，频率高，波长短，一 般电路尺寸与电磁波的波长可以比拟或更长，电磁场 不仅随时间、空间位置变化，电磁波在电路中传输的 滞后效应显著；传输线上各点的电位不同，处处有储 能和损耗。导体上存在有损耗电阻、电感，导体间存 在分布电容和漏电导。 第5章 传输线的电路理论 集中参数电路和分布参数电路的分界线可以认为是 l/λ≥0.05。 5.3 传输线方程及其解 TEM波传输线等效电路模型 第5章 传输线的电路理论 dz足够短（dzl）, dz上的分布参数效应可用串联阻抗 Z1dz和并联导纳Y1dz的集总参数电路来等效。 时谐均匀传输线，省去时间因子 （电报方程） 由电报方程可推得 （传输线电压、电流波动方程 ） 其解为： 第5章 传输线的电路理论 上面的方程有四个未知量A1，B1，A2，B2，但是I（Z） 的表达式可继续写为： 第5章 传输线的电路理论 其中 这样待定系数只剩下了A1，B1；A1、B1决定于传输线 的端接条件 ，通常端接条件有三种： （1）已知终端电压UL和电流IL； （2）已知始端电压Us和电流Is； （3）已知激励源的电动势Es、内阻抗Zs和负载阻抗ZL。 常见情况是第1种： 第5章 传输线的电路理论 坐标z的起点选择在负载端即z=0 ，有： 此式就是已知传输线终端电压、电流时，线上任意一点 的电压、电流解。 其解表明，传输线的电压、电流由一列向负载方向传输 波，即入射波，和另一列向波源传播的波，即反射波， 两列波叠加而成，呈行驻波混合分布。 令 （入射波） （反射波） 因此： 第5章 传输线的电路理论 V(z)，I(z)还可表示为 写成矩阵形式： 第5章 传输线的电路理论 如果传输线无耗 同样容易推导出：若坐标z的起点选在波源端，即选择 始端端接条件，线上任意一点的电压、电流表达式为： 第5章 传输线的电路理论 若坐标z的起点选在波源端，即选择始端端接条件，线上任意一点的电压、电流表达式为 第5章 传输线的电路理论 思考题： 另外两种端接情况如何推导？ * * 徐锐敏 教授 电子科技大学电子工程学院 地点：清水河校区科研楼C309 电话 电邮：rmxu@uestc.edu.cn 传输线电路理论是微波电路设计和微波网络理论的基础。` * *