第2章传输线的基本理论1.pptVIP

Chap2 传输线的基本理论 §2－1 引言 传输线的定义: 凡是能够导引电磁波沿一定方向传输的导体、介质或由它们共同组成的导波系统； 传输线的主要功能 传输能量 构成微波电路元(器)件 传输线的基本要求 工作频带宽、 功率容量大 工作稳定性好；损耗小；尺寸小；成本低 传输线的种类 根据 导引 波型 分类 TEM或准TEM 传输线 TE波和TM波 传输线 表面波传输线 双导线、同轴线、 带状线、微带线等 矩形、圆形、脊型、椭圆等 空心金属波导 介质波导、介质镜像线、单根线等（开波导） §2－1 引言 不同频段 米波或分米波段 厘米波波段 毫米波波段 双导线、同轴线 空心金属 波导管及微带线和带状线 空心金属 波导管、介质波导、介质镜像线、微带线等 §2－1 引言 “路”的方法 “场”的方法 传输线的研究内容及分析方法： 横向问题 研究所传输波型的电磁波在传输线横截面内电场和磁场的分布规律（场结构、模、波型） 纵向问题 研究电磁波沿传输线轴向的传播特性和场的分布规律 §2－1 引言 对于低频信号，例如50Hz的交流电源，对应波长为6×106米，即6千公里，因而30km的输电线只能是短线 但一段10cm的波导，若工作在30GHz，对应波长为1cm，则是地道的长线 “长线”和“短线” 当传输线的长度l 远大于所传输的电磁波的波长，或可比拟时，称之为长线（l/0.05)；反之,为短线； 电长度： l/  §2－1 引言 低频传输线和微波传输线 1、低频传输线 在低频中，我们中要研究一条线(因为另一条线是作为回路出现的)。电流几乎均匀地分布在导线内。电流和电荷可等效地集中在轴线上。 由分析可知，Poynting矢量集中在导体内部传播，外部极少。事实上，对于低频，我们只须用I，V和Ohm定律解决即可，无须用电磁理论。不论导线怎样弯曲，能流都在导体内部和表面附近。(这是因为场的平方反比定律)。 ［例1］计算半径r0=2mm=2×10-3m的铜导线单位长度的直流线耗R0 计及 低频传输线和微波传输线 代入铜材料 同时考虑Ohm定律 2. 微波传输线 当频率升高出现的第一个问题是导体的集肤效应(Skin Effect)。导体的电流、电荷和场都集中在导体表面 ［例2］研究 f=10GHz=1010Hz、l=3cm、r0=2mm导线的线耗R 这种情况下， 其中, 的表面电流密度，a是衰线常数。对于良导体，由电磁场理论可知 ——称之为集肤深度。 低频传输线和微波传输线 图2-2 直线电流均匀分布 图2-3 微波集肤效应 低频传输线和微波传输线 r 0 r 0 也即直径是d=6.06 m。这种情况，已不能称为微波传输线，而应称之为微波传输“柱”比较合适，其粗度超过人民大会堂的主柱。2米高的实心微波传输铜柱约514吨重(铜比重是8.9T/m3)，按我国古典名著《西游记》记载：孙悟空所得的金箍棒是东海龙王水晶宫的定海神针，重10万8千斤，即54吨。而这里的微波柱是514吨，约9根金箍棒的重量，估计孙悟空是无法拿动的! 集肤效应带来的第二个直接效果是：柱内部几乎物，并无能量传输无。 低频传输线和微波传输线 看来，微波传输线必须走自己的路。每一种事物都有自己独特的本质，硬把不适合的情况强加给它，必然会出现荒唐的结论。刚才讨论的例子正是因为我们硬设想把微波“关在”铜导线内传播，事实上也不可能。“满圆春色关不住，一枝红杏出墙来”微波功率应该(绝大部分)在导线之外的空间传输，这便是结论。 最简单而实用的微波传输线是双导线，它们与低频传输线有着本质的不同：功率是通过双导线之间的空间传输的。 低频传输线和微波传输线 这时，使我们更加明确了Guide Line的含义，导线只是起到引导的作用，而实际上传输的是周围空间(Space)(但是，没有Guide Line又不行)。D和d是特征尺寸，对于传输线性质十分重要。 图 2-4 双导线 低频传输线和微波传输线 分布参数效应 分布电感 分布电容 分布电阻 分布漏电导 §2－1 引言 传输线单位长度上的分布电阻为R、分布电导为G、分布电容为C、分布电感为L, 其值与传输线的形状、尺寸、导线的材料、及所填充的介质的参数有关。 均匀传输线 非均匀传输线 无耗传输线 (R＝0，G＝0) 有耗传输线 §2－1 引言 传输线 分布参数 双导线、同轴线的分布参数与材料及尺寸的关系 §2－1 引言 则其各分布参数为： 例如：对于铜材料的同轴线（a＝0.8cm，b＝2cm）， 其所填充介质为 当f =2GHz时： 可忽略R和G的影响。——低耗线 §2－1 引言 传输线方程