3.5同轴线和微带线.ppt

5. 波导系统中场结构必须满足下列规则：电力线 一定与磁力线垂直，两者与传输方向满足右手螺旋法 则；波导金属壁上只有电场的法向分量和磁场的切向 分量；磁力线一定是封闭曲线。 (重点要求掌握矩形波导H10模的场结构图和壁电 流分布图。) 6. 各类传输线内传输的主模及其截止波长和单模 传输的条件列于下表： * 传输线类型 主 模 截止波长lc 单模传输条件 双 线 TEM模 ? 无截止特性 矩形波导 TE10模 2a 园波导 TE11模 3.14a 2.62a l 3.14a (有极化简并) 同轴线 TEM模 ? l p ( D+d ) / 2 带状线 TEM模 ? 微带线 准TEM模 ? * 作业：补充题 1. 计算聚苯乙烯( er=2.1)同轴电缆的特性阻抗和 同轴线内电磁波的传播速度。已知其内导体外径 d=1.37mm ，外导体内径D=4.6mm。 2. 设铜质硬同轴线D=16mm, d=7mm, 求其最大 通过功率Pmax(空气的击穿电压强度Ebr=30KV/cm)。 3. 同轴电缆的b=0.89mm, a=2.95mm, 填充介质 er=2.2, 求其最高可用频率(取5%的余量)（即保证传 输TEM模 ） . * * 具体计算及查图见原来备课的例题. 同轴线 同轴线是由两根同轴的园柱导体构成的导行系 统，内导体的外半径为b(d=2b)、外导体的内半径为 a(D=2a)，两导体间填充空气(硬同轴线)或相对介电 常数为 er 的高频介质(软同轴线，即同轴电缆)。 同轴线是一种双导体导行 系统，可传输TEM波, 以TEM 波为工作模广泛用作宽频带馈 线与设计宽带元件。但当其横 向尺寸可与工作波长相比拟时， 同轴线中也会出现TE、TM模, 这是实用中所不希望的。 一、 同轴线的TEM模 TEM模是同轴线的主模，是无色散波，其传输特 性在长线理论中已从电路的角度讨论过。下面，将从 场的角度讨论之。 1. 场分布 TEM波，Ez=Hz=0，fc = 0，分布函数应满足 与二维静态场一致，只要用解相应二维静态场的 方法求出 * 当内、外导体间充满介质( mr、er)时 * 设有一恒定电流 I 流过内导体(同轴线无限长)， 则根据安培定律，有 1) 用静态场求分布函数 * 代入(3-115)得TEM?波的行波解为 2) TEM?模的场分布如图所示 * 2. 特性阻抗 对TEM波（无色散波），沿z向的单一行波电流为 导体表面的纵向电流线密度的积分 电压是内、外导体间电场的线积分 * 特性阻抗 3. 传输功率P与功率容量Pmax * 设击穿电压强度为Ebr，击穿将首先在电场最强的内导体表面( r = b )处发生, 则 * 4. 衰减常数 ac为导体损耗的衰减常数，对于空气介质的同轴 线(硬同轴线)中，TEM波的 a ? ac 。为求a ，需先算 出长度为L的一段同轴线的衰减功率PL。同轴线内、 外导体表面的切向(j 向)的磁场分别为 则 * 将上式及式（3-122）代入（3-83） ad为介质损耗的衰减常数，对于软同轴线，其中 填以高频介质，应考虑 ad 。 * 二、同轴线的高次模 可将同轴线视为同轴波导，取园柱坐标r, j , z ； 电磁波在 b r a 范围内传输，这其中还可能存在 无限多种色散的高次模，分析方法与园波导相同， 只是比园波导多一个内导体，不存在 r = 0 的区域， 其通解中包含纽曼函数Yn(u)，求解场分布和 lc 更复 杂。下面仅给出有关 lc 的近似计算式。 * ? ? ? ? 同轴线所有高次模中, lc最大的是 模： ? 可见，在近似程度内，所有相同i 的 　 的lc相等 而与n无关，故应避免 模的出现。 ? ? 当 n ?0、i =1 , D/d4 时 ? * 要保证TEM单模传输，则 即工作波长应大于同轴线内、外导体的平均周长。 随着l的缩短( f 上升)，应减小同轴线的尺寸，而过 小的尺寸又导致损耗增大、传输效率降低。故同轴 线不宜用于微波的高频端作功率传输。 三. 同轴线尺寸的选择 应考虑三个因素： 1.保证TEM单模传输 ? 1.1 是为了有效地抑制高次模而引入的安全系数。 * 最高可利用频率： 由 ? ? ? 2. 通过功率最大 令D/d =x , (3-123)