【正文】 ztI z t U z tG I z t Czt驏抖247。231。231。231。231。231。231。?D + D = ?DD + + ?DDD182。桫( , )( , ) ( , ) ( , )( , )( , ) ( , ) ( , )ll lli z tu z t u z z t i z ttu z z tRzGi z t i z z tLzt Czzzz ut182。 247。 == 247。 1)一般傳輸方程 ?z傳輸線上的等效電路 z z + ? z zz = 0Z GE GZ Lz ‘? zz ‘ = 0+_i ( z + ? z , t )v ( z + ? z , t )? zR l? z L l? zC l? zG l? zi ( z , t )+_v ( z , t )第二章 傳輸線理論 +_i ( z + ? z , t )v ( z + ? z , t )? zR l? z L l? zC l? zG l? zi ( z , t )+_v ( z , t )應(yīng)用基爾霍夫 定律： : , :d i d uL u L C i Cd t d t上 上驏 247。+ D = D182。+ D = D182。 第二章 傳輸線理論 mSr /10, 8??? ??則其各分布參數(shù)為 ： 2798 10 / 10 / 10 / 10 /= 碬=?=?=?llllRmL H mC F mG S m對于銅材料的同軸線 （ — 2cm）， 其所填充介質(zhì)為 32 .3 1 0 /1 .8 9 /ww= 碬 = llL m RC S m G當(dāng) f =2GHz時(shí) 可忽略 Rl和 Gl的影響 。 均勻傳輸線 有耗線 無耗線 如傳輸線上無損耗，則為無耗傳輸線。 ③ 分布電感：導(dǎo)線中有電流，周圍有磁場 ； Ll為傳輸線上單位長度的分布電感 。 高頻信號通過傳輸線時(shí)將產(chǎn)生分布參數(shù)效應(yīng) ： ① 分布電阻 : 電流流過導(dǎo)線將使導(dǎo)線發(fā)熱產(chǎn)生電阻 ； Rl為傳輸線上單位長度的分布電阻 。 2） 傳輸線的分布參數(shù) (Distributed parameter) ? zR l ? z L l ? zC l ? zG l ? z第二章 傳輸線理論 ? zR l ? z L l ? zC l ? zG l ? z④ 分布電容 ：導(dǎo)線間有電壓，導(dǎo)線間有電場 。所以采用集總參數(shù)電路進(jìn)行研究 。一般電源線的距離為幾十公里 (短線）。 傳輸線方程 源 天線 傳輸線 源 終端 路的方法 沿線用等效電壓 和等效電流的方法 傳輸線 傳輸高頻或微波能量的裝置 (Transmission line) 傳輸線理論 長線理論 第二章 傳輸線理論 1） 長線理論 傳輸線的電長度 ： 傳輸線的幾何長度 l 與其上工作波長 l的比值 （ l/l）。 第二章 傳輸線理論 用以約束或引導(dǎo)電磁波能量定向傳播的結(jié)構(gòu) 。 第二章 傳輸線理論 這時(shí)，使我們更加明確了 Guide Line的含義，導(dǎo)線只是起到引導(dǎo)的作用，而實(shí)際上傳輸?shù)氖侵車臻g(Space)(但是，沒有 Guide Line又不行 )。每一種事物都有自己獨(dú)特的本質(zhì)，硬把不適合的情況強(qiáng)加給它，必然會出現(xiàn)荒唐的結(jié)論。因此微波傳輸必須采用自己的方式。 低頻情況 高頻情況 使有電荷分布的截面積相等 第二章 傳輸線理論 可以計(jì)算的出，此時(shí)傳輸線的直徑應(yīng)為，這是超過人民大會堂的主柱的， 2米高的實(shí)心微波傳輸銅柱約 514噸重 (銅比重是 )，按我國古典名著 《 西游記 》記載：孫悟空所得的金箍棒是東海龍王水晶宮的定海神針，重 10萬 8千斤，即 54噸。 集膚效應(yīng)導(dǎo)致兩個(gè)問題 （ I）需要較大尺寸（甚至不可思議的巨大尺寸）才可以有效傳播電磁波； 低頻情況 高頻情況 電荷分布 第二章 傳輸線理論 集膚效應(yīng)導(dǎo)致電荷在導(dǎo)體壁上擁擠，因此實(shí)際傳導(dǎo)面積大大減少，從而電阻劇烈增加，導(dǎo)致傳輸損耗增加。理由很簡單：只有兩根線有什么理論可言 ？ 這里卻要深入研究這個(gè)問題 。 阻抗匹配 第二章 傳輸線理論 微波傳輸線 微波傳輸?shù)淖蠲黠@特征是別樹一幟的微波傳輸線 ，例如 ， 雙導(dǎo)線 、 同軸線 、 帶線和微帶等等 。 史密斯圓圖 167。 傳輸線上的基本傳輸特性 167。第二章 傳輸線理論 第二章 傳輸線理論 167。 傳輸線方程 167。 無耗線工作狀態(tài)分析 167。 有耗線 167。 我們很容易提出一個(gè)問題：微波傳輸線為什么不采用 50周(50赫茲 ） 市電明線呢 ? 低頻電路有很多課程 ， 唯獨(dú)沒有傳輸線課程 。 第二章 傳輸線理論 能否用一般的導(dǎo)線來傳輸微波能量？ 一般的導(dǎo)線為什么不能用來傳輸微波能量？這是因?yàn)樵谖⒉l段，一般的金屬都是良導(dǎo)體，其中的電磁波具有 集膚效應(yīng)。例如，從直流到 10GHz其損耗會增加 1500倍，而如果要達(dá)到相同的損耗，必須擴(kuò)大導(dǎo)線的直徑。而這里的微波柱是 514噸，約 9根金箍棒的重量，估計(jì)孫悟空是無法拿動的 ! （ II）浪費(fèi)導(dǎo)體材料： 柱內(nèi)部幾乎 無 物，并無能量傳輸。 第二章 傳輸線理論 看來，微波傳輸線必須走自己的路。微波能量似乎要盡力掙脫傳輸線的束縛， 從線中跳到廣闊的空間中來 ，用一句古詩來形容正是：“滿園春色關(guān)不住” 而解決辦法正是下一句 ： “一支紅杏出墻來” 既然關(guān)不住，干脆因勢利導(dǎo)，就讓它在空間中傳輸，但是，卻不能完全沒有限制。 最簡單而實(shí)用的微波傳輸線是雙導(dǎo)線，它們與低頻傳輸線有著本質(zhì)的不同：功率是通過雙導(dǎo)線之間的 空間 傳輸?shù)摹? 1． 導(dǎo)行系統(tǒng) 廣義傳輸線 ① 主要功能 饋線 構(gòu)成微波電路元件 諧振器、阻抗變換器、濾波器、定向耦合器等 要求無輻射傳輸能量 第二章 傳輸線理論 ②分類 TEM或準(zhǔn) TEM傳輸線 封閉金屬波導(dǎo) 表面波波導(dǎo) （開波導(dǎo)） 雙導(dǎo)線、同軸 線、帶狀線、微帶線等 矩形、圓形等 介質(zhì)波導(dǎo)、介質(zhì)鏡像線、單根線等 第二章 傳輸線理論 第二章 傳輸線理論 ③ 要求 損耗小 傳輸功率大 工作頻帶寬 (合適） 尺寸小 第二章 傳輸線理論 2．導(dǎo)行波 導(dǎo)波 ：沿導(dǎo)行系統(tǒng)定向傳輸?shù)碾姶挪? 傳輸線 封閉金屬波導(dǎo) 開波導(dǎo) TEM波 or 準(zhǔn) TEM波 限制電磁波的能量在金屬之間的空間傳播 完全限制電磁波在金屬管內(nèi)傳播 表面波 TE波 or TM波 約束電磁波在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的周圍沿軸向傳播 第二章 傳輸線理論 167。 l/l l/l 當(dāng)線的長度與波長可以比擬 當(dāng)線的長度遠(yuǎn)小于線上電磁波的波長 長線 Long line 短線 Short line 第二章 傳輸線理論 短線 l l 輸入電壓 uin 輸出電壓 uout≈uin 集總參數(shù)電路表示 對于低頻信號，如交流電源，其頻率為50Hz，波長為 6 106米，即 6千公里。 分布參數(shù)所引起的效應(yīng)可忽略不計(jì)。 第二章 傳輸線理論 l 長線 l l 輸入電壓 uin 輸出電壓 uout≠uin 分布參數(shù)電路表示 第二章 傳輸線理論 當(dāng)線上傳輸?shù)母哳l電磁波時(shí)，傳輸線上的導(dǎo)體上的損耗電阻、電感、導(dǎo)體之間的電 導(dǎo)和 電容會對傳輸信號產(chǎn)生影響，這些影響不能忽略。 Cl為傳輸線上單位長度的分布電容 。 ② 分布電導(dǎo) ：導(dǎo)線間絕緣不完善而存在漏電流 ； Gl為傳輸線上單位長度的分布電導(dǎo) 。 z l? 第二章 傳輸線理論 不均勻傳輸線 均勻傳輸線 沿線的分布參數(shù) Rl， Gl ， Ll ， Cl與距 離無關(guān)的傳輸線 沿線的分布參數(shù) Rl， Gl ， Ll ， Cl與距 離有關(guān)的傳輸線 ? zR l ? z L l ? zC