1、第1章 传输线理论,1.1 引言1.2 传输线方程及其解1.3 传输线的特性参量1.4 均匀无耗传输线的工作状态分析1.5 smith圆图1.6 传输线的阻抗匹配1.7 smith圆图的计算机解1.8 微带传输线,1.1 引言,用来传输电磁能量的导体、介质系统称为传输线。,常用传输线实际结构图,双导体结构：平行双线、同轴线、带状线、微带线。,波导管：矩形波导、圆波导、脊波导。,介质波导：光纤、镜像线、单根线。,TE和TM波传输线,TEM波传输线,TE和TM波的混合波，表面波传输线,应用频段范围很宽，但在高频段传输能量损耗较大。,损耗小，功率容量大，但体积大，带宽窄。,结构简单、体积小、功率容量
2、大，主要用于毫米波段。,低频传输线：电流几乎均匀的分布在导线内部，电流和电荷可等效地集中在轴线上。只须用电压、电流和欧姆定律解决即可，无须用电磁场理论。低频传输线可以采用“路”的方法分析。低频传输线有“长线”与“短线”之分。,微波传输线：频率升高时，出现集肤效应（skin effect）。电流、电荷和场集中在导体表面，导体内部几乎没有能量传输。微波功率只能在导体之外的空间传输，导线只是引导的作用。需要采用场的方法分析。,“场”的分析方法 从麦氏方程出发，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。,“路”的分析方法 将传输线作为分布
3、参数来处理，得到传输线的等效电路，然后由等效电路根据基尔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。,研究传输线上所传输电磁波的特性的方法有两种。,TEM波传输线惟一可以用分布参数的“路”理论描述。,长线是指传输线的几何长度和线上传输电磁波的波长的比值(即电长度)大于或接近于1。反之称为短线。 在微波技术中，波长以m或cm计,故1m长度的传输线已长于波长，应视为长线。 在电力工程中,即使长度为1000m的传输线，对于频率为50Hz(即波长为6000km)的交流电来说，仍远小于波长，应
4、视为短线。 传输线这个名称均指长线传输线。,电长度：,1.2 传输线方程及其解,集总参数电路：低频电路，电阻、电感、电容和电导都是以集总参数的形式出现。连接元件的导线是理想的短路线。,分布参数电路：微波波段，长线，线上每一点都分布有电阻、电感、电容和电导，导致沿线的电流、电压随时间和空间位置变化。,短线为集总参数电路，长线是分布参数电路。,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。,一般情况下均匀传输线单位长度上有四个分布参数:分布电阻R、分布电导G、分布电感L和分布电容C。它们的数值均与传输线的种类、形状、尺
5、寸及导体材料和周围媒质特性有关。,几种传输线的分布参数的计算公式,【1】 射频电路设计理论与应用，【美】 Reinhold Ludwig著，王子宇等译，电子工业出版社2004，P38.【2】电磁场与电磁波，Bhag Singh Guru著，周克定等译，机械工业出版社，2000年，P296.,电阻,电感,电容,电导,传输线方程，电报方程,1.2.1 传输线方程,正弦电压 复数值与瞬时值 正弦电流,传输线单位长度的串联阻抗,单位长度的并联导纳,传输线方程的复数形式,传输线方程的时域形式,均匀长线的电压波动方程,电流波动方程,正向行波（入射波）,正向行波（入射波）,反向行波（反射波）,反向行波（反射
6、波）,反射波会引起功率反射，使入射到负载的功率降低；并且反射波与入射波有时间延迟，引起码间干扰，影响通信质量。 一般在传输线以及其它微波器件中反射波要尽可能的低，反射波为0称作匹配。 反射波与入射波的比值称为反射系数。,反射波由什么引起？源、线、负载？A1、A2、B1、B2值为多少？反射波什么情况下为0？,特性阻抗Z0：入射电压与入射电流之比,相移常数,传播常数,衰减常数,阻抗的概念(复数域）：,传输线的阻抗是连续分布的，也是无穷多阻抗相加而得。,1、长线与短线,2、集总参数电路与分布参数电路,3、均匀长线的等效电路,4、R、L、C、G代表什么？,5、均匀传输线方程（电报方程）,传输线单位长度的串联阻抗,单位长度的并联导纳,6、电压的通解,7、电流的通解,正向行波（入射波）,负向行波（反射波）,传输线上任意点的电压和电流都是入射波和反射波的叠加。 当特性阻抗为实数时，电压入射波和电流入射波（反射波）同相，电压反射波与电流反射波反相 。,传播常数,特性阻抗：入射电压与入射电流之比,
