电磁场与电磁波7.1节.pptVIP

第七章 传输线 7.1?? 均匀传输线的分析 7.2?? 传输线的等效 7.3?? 史密斯圆图及其应用 7.4?? 传输线的效率、损耗和功率 7.5?? 双导线与同轴线 7.6?? 微带传输线 7.7?? 传输线的匹配与滤波 7.1 均匀传输线的分析 本节要点 传输线的方程 特性参数 状态参数 传输线的等效 1. 均匀传输线方程 当高频电流通过传输线时，在传输线上有： 导线将产生热耗，这表明导线具有分布电阻； 在周围产生磁场，即导线存在分布电感； 由于导线间绝缘不完善而存在漏电流，表明沿线各处有分布电导； 两导线间存在电压，其间有电场，导线间存在分布电容。 这四个分布元件分别用单位长分布电阻、漏电导、电感和电容描述。 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+?z处的电压和电流分别为u(z +?z,t)和i(z +?z,t) 设传输线始端接信号源，终端接负载，坐标如图所示。 ?z z+?z z z 0 i(z+?z,t) i(z,t) u(z+?z,t) u(z,t) R?z L?z G?z C?z z z+?z 任意微分小段等效为由电阻、电感 、电容和漏电导组成的网络 1. 均匀传输线方程(续) 对于角频率为 的正弦电源，传输线方程 为 将上式整理，并忽略高阶小量，可得： 对很小的?z ，应用基尔霍夫定律，有： 3. 传输线方程的解 为积分常数，由边界条件决定。 2 1 , A A 将传输线方程整理得 其中 通解为 因此，只要已知终端负载电压Ul、电流Il及传输线特性参数 、Z0，则传输线上任意一点的电压和电流就可求得。 传输线的边界条件通常有以下三种 已知始端电压和始端电流Ui、Ii 已知终端电压和终端电流Ul、Il 已知信号源电动势Eg和内阻Zg以及负载阻抗Zl。 以第二种边界条件为例，传输线上任一点的电压、电流 3. 传输线方程的解 4.传输线方程解的分析 令 ，且假设A1、A2、Z0均为实数，并考虑时间因子 ，传输线上的电压和电流的瞬时值表达式为： 行波在传播过程中其幅度按 衰减，称 为衰减常数。而相位随z 连续滞后 ，故称 为相位常数。 结论 传输线上任意点上的电压和电流都由二部分组成 不管是入射波还是反射波，它们都是行波。 -z方向传播的入射波 沿+z方向传播的反射波 当损耗很小时，即当 时，特性阻抗为 (1)特性阻抗——传输线上行波的电压与电流的比值 它通常是个复数，且与工作频率有关。特性阻抗由传输线自身分布参数决定，而与负载及信号源无关，故称为“特性阻抗”。 对于均匀无耗传输线 可见，损耗很小时传输线的特性阻抗近似为实数，且与频率无关。 5. 传输线的工作特性参数 (2) 传播常数(propagation constant) 对于无耗传输线 ， ，此时 （ ） 传播常数由衰减常数和相位常数构成，表达式为 传播常数一般为复数。 对于损耗很小的传输线，其衰减常数和相位常数分别为 传播常数为纯虚数 (3) 相速与传输线波长 相速(phase velocity) —传输线上行波等相位面沿传输方向的传播速度。 其表达式为 传输线上波长(wavelength)与自由空间的波长有以下关系： 其中， 为传输线周围填充介质的介电常数。 均匀无耗传输线上的导行波为无色散波，有耗线的波为色散波。 6. 状态参数 (1) 输入阻抗 —传输线上任意一点处的电压和电流之比值 均匀无耗传输线的输入阻抗为 结论 均匀无耗传输线上任意一点的输入阻抗与观察点的位置、传输线的特性阻抗、终端负载阻抗及工作频率有关，且一般为复数，故不宜直接测量。 由于tan?(z+?/2)= tan(?z)，所以Zin (z+?/2)= Zin(z)，即传输线上的阻抗具有?/2的周期性。 (2) 反射系数 (reflection coefficient) 对无耗传输线 ，终端负载为Zl，则 反射系数 —传输线上任意一点处的反射波电压（或电流）与入射波电压（或电流）之比，即 式中 称为终端反射系数 (3)输入阻抗与反射系数的关系 传输线上电压、电流又可以表示为 当z=0时?(0)=?l ，则终端反射系数 于是有 上式也可写成 讨论 当 时， 当终端开路 或短路 或接纯电抗负载时，终端反射系数 它表明传输线上没有反射波，只存在由电源向负载方向传播的行波 此时表明入射到终端的电磁波