1、第一章 传输线理论,1.0 引言,一、传输线的基本概念传输线：用来引导传输电磁波能量和信息 的装置对传输线的基本要求：1.工作频带宽，用来增加传输信息容量和保证信号无畸变传输。2.传输损耗小，传输效率高。3.大功率系统中，传输功率容量大。4.尺寸小，重量轻，便于生产安装。,表1-0 常用微波传输线的种类,TEM或准TEM传输线：,金属波导,矩形波导,椭圆波导,脊形波导,圆形波导,表面波传输线,分类 以传输的电磁波类型上来分： TEM波传输线与非TEM波传输线 或 非色散波传输线与色散波传输线分析 分析方法有两种：路的分析方法 场的分析方法,比较两种分析方法,电路理论 电磁场理论研究对象：R，L
2、，C ， ，研究目标： ， ，分析依据：基尔霍夫定律 Maxwell方程组， KCL,KVL 边界条件,1.1 长线理论,1.1.1分布参数电路模型 1.长线效应 交流电 50Hz 6000km 1000m 电磁波 1000MHz 30cm 1m 长线：相对波长而言，凡是线长度比波长长或与波长相当的传输线就称为长线。 电长度：定义传输线的长度 与所传输的电磁波波长 之比为电长度。 指的是电长度而不是几何长度，是一个相对的概念,2.分布参数效应平行双线为例，分布电感2H/m，分布电容5pF/m500Hz时，串联阻抗 并联导纳5GHz时，串联阻抗 并联导纳 在微波波段，低频时忽略的各种现象与效应此
3、时都通过沿导体线的损耗电阻、电感、电容和漏电导表现出来，导致沿线电压、电流随时间与空间位置变化，这些参数对传输的电磁波的影响分布在传输线上的每一点，顾称其为分布参数，用R1、L1 、C1 、G1表示，分别称为传输线单位长度的分布电阻、分布电感、分布电容和分布电导。 均匀传输线：传输线的分布参数是沿线均匀分布的，不随位置而变化。,连接了源和负载的传输线图1（a）可以以电源端为参考原点，也可以以负载端为参考原点。,图1(b) 等效电路,1.1.2 长线方程及其解,上两式两边同除以 ，并取 的极限,1.传输线方程,一般传输线方程 或电报方程若电压电流是随时间简谐变化的波 或 时谐传输线方程 单位长度
4、的串联阻抗 并联导纳,波动方程令 传播常数 衰减常数 相移常数,两边对z再次求微分,代入左式,2.方程通解其中 传输线的特性阻抗,分布参数电路中用来描述传输线的固有特性的一个物理量，频率很低时显示不出来，随着频率的升高才显示出来。,3.通解的物理意义 传输线上任意位置的电压与电流都是入射波和反射波的叠加，当特性阻抗为实数时，电压入射波与电流入射波相位相同，电压反射波与电流反射波相位相反。,通解随时间做简谐变化,4.方程的定解（1）已知始端条件的解（2）已知终端条件的解,(1) 已知传输线始端电压U1和电流I1，这时将坐标原点选在始端较为适宜，z=0 。将始端条件U (0)=U1, I (0)=I1代入通解，得代回通解：沿线的电压电流表达式为,将A1, A2代回通解：令 ，整理后可得,（2） 已知传输线终端电压U2和电流I2，当 时， ，代入通解，得,或表示为双曲函数形式,5.传输线的特性参数（1）特性阻抗无耗或低耗 实数特性导纳常用的平行双导线传输线的特性阻抗有250, 400和600三种。常用的同轴线的特性阻抗有50和75两种。,（2）传播常数描述经过单位长度传输线后波的幅度和相位变化的参数。 无耗线 低耗线 导体损耗 介质损耗,（3）相速 与相波长相速：沿一个方向传播的波的等相位点移动的速度。 无耗相波长：同一瞬时传输线上相邻等相位面之间的距离。,
