雷达射频微波器件及电路 课件 第1章 传输线理论及技术.pptx

第1章传输线理论及技术;

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1.1.2传输线的长线和分布参数

1.长线和短线

学习传输线理论时，首先要建立的概念就是“长线”。

传输线的几何长度l与工作波长λ的比值l/λ称为传输线的电长度。

一般当传输线的电长度满足式(1-1)时，称为长线；反之，称为短线。;

例1.1判断以下两种情况的传输线是长线还是短线。

情况1:在传输市电的电力工程中，长1000m的输电线。

情况2:传输Ｘ频段微波信号的一段长度仅为10cm的同轴线。;

长线和短线的物理含义如下:

(1)短线上电压(或电流)仅随时间而变化，与位置无关。

对短线来说，线长远小于波长，因此，可以认为某一时刻线上各点的电压(或电流)是处处相同的，它的电压(或电流)仅是时间t的函数，而与位置无关。

(2)长线上电压(或电流)随时间和位置而变化。

对长线而言，线长和波长可比拟，某一时刻线上各点的电压(或电流)互不相同，它的电压(或电流)不仅是时间t的函数，也是位置z的函数。;

2.分布参数

传输线的分布参数是指分布在整段传输线上的电阻、电感、电容和电导。

1)分布电阻r1

任何一段导线，它本身总是具有一定的电阻。传输线上沿线分布的电阻称为分布电阻。通常以r1表示单位长度传输线上的分布电阻量，单位为欧姆/米(Ω/m)。

分布电阻的大小与导线的直径、材料和线上传输的电磁波的频率有关。导线愈粗或导电系数愈大，分布电阻就愈小；线上传输的电磁波的频率愈高，电流的趋肤效应愈显著，分布电阻就愈大。对于理想导体，r1=0，表示无电阻损耗。;

2)分布漏电导G1

导线之间电阻为无穷大的绝缘介质是不存在的。当导线间有电位差时，就会产生漏电流，也就是说，导线间处处有漏电阻。漏电阻的倒数就是漏电导，传输线上沿线分布的漏电导称为分布漏电导。通常以G1表示单位长度传输线上的分布漏电导量，单位为西门子/米(S/m)。

分布漏电导的大小与导线之间的介质及传输的电磁波的频率有关。频率升高时，介质内的极化损耗增加，相当于漏电阻减小，即分布漏电导增大。对于理想介质，G1=0，表示无介质损耗。;

3)分布电感L1

当电流流过导线时，导线周围会产生磁场，因此传输线上有电感存在。传输线上沿线分布的电感称为分布电感。通常以L1表示单位长度传输线上的分布电感量，单位为亨利/米(H/m)。

分布电感的大小同两根导线之间的距离、导线的直径以及介质的磁导率有关。;

4)分布电容C1

导线都有一定的表面，两根导线之间又有一定的距离，且其间充满介质，所以两根导线之间有一定的电容量。传输线上沿线分布的电容称为分布电容。通常以C1表示单位长度传输线上的分布电容量，单位为法拉/米(F/m)。

分布电容的大小同导线的直径、线间距离以及介质的介电常数有关。导线愈粗，线间距离愈小，分布电容就愈大；或者介质的介电常数愈大，分布电容就愈大。;

概括来说，分布参数的大小主要决定于传输线的结构。导线愈粗，分布电容愈大，而分布电阻和分布电感愈小；线间距离愈小，分布电容愈大，而分布电感愈小；介质的介电常数和磁导率愈小，分布电容和分布电感愈小。

分布参数可以根据电磁场理论求出。表1-1列出了平行双线和同轴线的分布参数的计算公式。由表1-1可见，分布参数的值仅由传输线的类型、尺寸、导体材料和周围介质的电参数决定，而与传输线的工作状态无关。;

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1.1.3均匀传输线

若导线的材料、直径、线间距离以及介质的性质均保持不变，则整段传输线上的分布参数的值是均匀分布的，这种线称为均匀传输线。;

1.均匀传输线的等效电路

在图1-3(a)所示的平行双线上任取一小段dz，且dz?λ。dz段分布有一定数量的电阻r1dz和电感L1dz，任一小段dz的线间分布有一定数量的电容C1dz和电导G1dz，故dz段可视为集总参数电路，如图1-3(b)所示。将整个平行双线都用分布参数代替得到图1-3(c)所示分布参数等效电路。对于均匀无耗传输线来说，r1=0，G1=0，因此，进一步可得如图1-3(d)所示的均匀无耗传输线的等效电路。;

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2.均匀传输线方程

根据基尔霍夫定律分析图1-3(ｃ)所示等效电路，可推导出表征均匀传输线上电压、电流变化规律及其相互关系的方程，即传输线方程，也称“电报方程”。求解该方程，即可得出传输线沿线的电压、电流的表达式。

均匀传输线如图1-4所示，传输线终端接负载zL，以终端为坐标原点，沿线向电源方向