传输线理论基础知识.ppt

传输线理论内容简介一、认识传输线1.1传输线的基本概念（1）传输损耗要小，传输效率要高；
（2）工作频带要宽，以增加传输信息容量和保证信号的无畸变传输；
（3）在大功率系统中，要求传输功率容量要大；
（4）尺寸要小，重量要轻，以及能便于生产和安装。
(为了满足上述要求，在不同的工作条件下，需采用不同型式的传输线。在低频时,普通的双根导线就可以完成传输作用,但是,随着工作频率的升高,由于导线的趋肤效应和辐射效应的增大使它的正常工作被破坏.因此,在高频和微波波段必须采用与低频时完全不同的传输线形式)从传输模式上看，传输线上传输的电磁波可以分为三种类型。
（1）TEM波（横电磁波）：电场和磁场都与电磁场传播方向垂直。
（2）TE波（横电波）：电场与电磁场传播方向垂直，传播方向上只有磁场分量。
（3）TM波（横磁波）：磁场与电磁波传播方向垂直，传播方向只有电场分量。
（1）横电磁波（TEM波）传输线，如双导线、同轴线、带状线、微带线等。常用波段米波、分米波、厘米波。

(a)平行双导线（b）同轴线（c）带状线
（3）表面波传输线：如介质波导、介质镜像线、单根线等。其传输模式一般为混合波型。适用于毫米波。

（a）介质波导（b）镜像线（c）单根表面波传输线TEM波模型如图1-1所示，电场（E）与磁场（H）与电磁波传播方向（V）垂直。TEM传输线上电磁波的传播速度与频率无关。结合我们的工作，这里只讨论TEM波传输线（如双线、同轴线）的基本理论。研究传输线上所传输电磁波的特性的方法有两种。一种是“场”的分析方法，即从麦氏方程组出发，解特定边界条件下的电磁场波动方程，求得场量（E和H）随时间和空间的变化规律，由此来分析电磁波的传输特性；另一种方法是“路”的分析方法，它将传输线作为分布参数来处理，得到传输线的等效电路，然后由等效电路根据克希霍夫定律导出传输线方程，再解传输线方程，求得线上电压和电流随时间和空间的变化规律，最后由此规律来分析电压和电流的传输特性。这种“路”的分析方法，又称为长线理论。事实上，“场”的理论和“路”的理论既是紧密相关的，又是相互补充的。
1.2传输线分布参数及其等效电路分布参数
当高频信号通过传输线时，将产生如下分布参数效应：
（a）由于电流流过导线，而构成导线的导体为非理想的，所以导线就会发热，这表明导线本身具有分布电阻；（单位长度传输线上的分布电阻用表示。）
（b）由于导线间绝缘不完善（即介质不理想）而存在漏电流，这表明导线间处处有分布电导；（单位长度分布电导用表示。）
（c）由于导线中通过电流，其周围就有磁场，因而导线上存在分布电感的效应；(单位长度分布电感用表示。)
（d）由于导线间有电压，导线间便有电场，于是导线间存在分布电容的效应；(单位长度分布电容用表示。)
当频率提高到微波频段时，这些分布参数不可忽略。例如，设双线的分布电感L1=1.0nH/mm，分布电容C1=0.01pF/mm。当f=50Hz时，引入的串联电抗和并联电纳分别为Xl=314×10-3μΩ/mm和Bc=3.14×10−12S/mm。当f=5000MHz时，引入的串联电抗和并联电纳分别为Xl=31.4Ω/mm和Bc=3.14×10-4S/mm。
由此可见，微波传输线中的分布参数不可忽略，必须加以考虑。由于传输线的分布参数效应，使传输线上的电压电流不仅是空间位置的函数。均匀传输线的分布参数及其等效电路
根据传输线上分布参数均匀与否，可将传输线分为均匀和不均匀两种，下面讨论均匀传输线。
均匀传输线：所谓均匀传输线是指传输线的几何尺寸、相对位置、导体材料以及周围媒质特性沿电磁波传输方向不改变的传输线，即沿线的参数是均匀分布的
在均匀传输线上，分布参数R、L、C、G是沿线均匀分布的，即任一点分布参数都是相同的，用R1、L1、C1、G1分别表示传输线单位长度的电阻、电感、电容、电导。
几种典型传输线的分布参数计算公式列于表1-1中。表中μ0、ε分别为对称线周围介质的磁导率和介电常数。有了分布参数的概念，我们可以将均匀传输线分割成许多微分段dz（dz＜＜λ），这样每个微分段可看作集中参数电路。其集中参数分别为R1dz、G1dz、L1dz及C1dz，其等效电路为一个Γ型网络如图1-1（a）所示。整个传输线的等效电路是无限多的Γ型网络的级联，如图1-1（b）所示。二、均匀传输线方程及其解根据克希霍夫定律很容易写出下列方程：2.2均匀传输线方程的解传输线的波动方程是二阶齐次线性常系数微分方程，其通解为式（2-6）中A1和A2为常数，其值决定于传输线的始端和终端边界条件。通常给定传输线的边界条件有两种：一是已知终端电压U2和电流I2；二是已知始端电压U1和电流I1。下面分别讨论两种情况下沿线电压和电流的表达式。如图2-2所示，这