传输模式分解实际传输电缆线传输线电磁模型.pptVIP

* 2.4 连接电缆的损耗 * 在实际工程中，电缆的理论模型往往根据不同的工程问题特点而不同。从电磁的角度来看，频率的高低会使得电缆呈现出不同的特点。在低频时，电缆可以通过简单的连接线形式来代替，而在高频时，电缆则需要通过传输线理论来描述。 * 传输线的处理 对于传输问题，从Maxwell’s equations出发可以得到Helmholtz’s equation： 其中，　　　　。一般情况下，传输线的横截面沿纵向分布是不变的。在确定纵向后，于是就可以令方程中的场量为 * 采用分离变量法，同时考虑　　　　　 可以得到 其中，　　　　 。上面两个方程支配了传输线的特征，其中第一个方程描述了横向的特征，第二个方程描述了纵向特征。 * 一般而言，传输线的结构使得波在横向构成驻波分布（包括以横向无限远为边界的广义驻波分布）。例如：金属波导，同轴线等横向封闭结构中的场；介质波导（光纤等），非屏蔽微带线等横向开放结构中的场。对于开放结构由于纵、横变量分离，可以认为以横向无限远为封闭边界的广义横向封闭系统。这种思想在天线辐射、散射等问题中可以见到，显然对于由此推广的一般性研究这这种思想也是可以采用的。 * 　纵向方程是典型的二次方程，其通解为： 　该解表示了场沿纵向传播。具体方向由端口条件决定。 纵向场传播 * 前面是一般性讨论。正如前面所提到的，对于不同的传输线横向问题由于不同的横向边界条件，因此求解也就不尽相同。但显然从上面第二个方程可以看到,纵向问题具有相同的传播形式。为了分析方便，在研究传输问题时，可以将各种传输线一致等效为双线形式。在单模传输时，一条传输线可以等效为一对双线。多模传输时，通常在无耗或可做忽略的小损耗的情况，由于模式之间没有耦合，如果问题中有n 个模式，一条传输线可以等效为n对双线。 * 传输模式分解 实际传输电缆线 传输线电磁模型 * 几种典型传输线的剖面图示 一般性传输线的场分布图示 左图具有一般代表性。从数学角度来看，由于如图所示的两导体可以通过线积分联系，因此该结构中的电场与电压间就具有物理的相关性。由于电、磁具有的固有联系，因此磁场与电流也能建立类似的相关性。 * * 采用基尔霍夫定律 基本传输线理论模型 通过上面模型，就可以得到回路电压关系，类似可以得到电流关系。 * 从基本传输模型可以得到： 传输线通常用其特性阻抗和传输线上波的传播速度来表征其特性。 电磁兼容问题中感兴趣的是当给传输线施加任意的时域脉冲时传输线呈现的特性，但人们常常关注其正弦稳态特性（当所有瞬态现象消失后，传输线对单一频率的正弦激励的响应特性，可以理解为谱分析的思想）。 * 典型同轴电缆的阻抗特性 * 正弦稳态激励下，传输线上坐标z处的电压和电流方程为： 其中，α表示传输线损耗（传输线导体及其相关媒质的损耗）所导致的衰减常数，如果传输线是无损耗的，则α=0，(Np/m)。而β表示波沿传输线传播时波本身的相移，即相位常数，(rad/m)。 * 若定义正、反向波，则有： ：正向波 ：反向波 则有，电压反射系数定义为反向电压与正向电压的比值 * 负载端的电压反射系数定义为 传输线上任意位置处的反射系数与负载端的反射系数的关系为 于是，就可用反射系数表示传输线上任意位置处的电压和电流方程 * 传输线上任意位置处的输入阻抗可由电压与电流相量的比值： 如果ZL=Zc，则传输线被认为是匹配的，负载端的反射系数和传输线上任意位置处的反射系数均为0，传输线上没有反向行波。 因此，匹配传输线的表达式可简化为 * 匹配传输线上任意位置处的输入阻抗为： 传输线上任意位置z处向负载方向传输的平均功率为： 匹配时，传输线上任意位置处向负载方向传输的平均功率为： * 电缆输入功率为： 传输到负载的功率为： 电缆的功率损耗定义为： 工程中，电缆损耗定义为电缆输入功率与输出功率之比 * 电缆产品通常以dB/长度为单位给出电缆损耗。 其中，L选择为设定长度；测量传输到该长度电缆上的功率和匹配负载上的功率可以获得电缆损耗。 Note：如果电缆不匹配，那么规定电缆损耗在工程上是毫无意义的。 电缆损耗 若已知生产商规定的电缆损耗，可以获得该频率上的衰减常数 * 工程电缆示例 RG58U电缆（Zc=50Ω） 介 质 聚四氟乙烯（相对介电常数2.1） 传播速度% 0.69（相对自由空间） 100M损耗 4.5dB/100ft（1ft=0.3048m） 有上面说明可以得到电缆100M的衰减常数 * 同轴测试电缆是测试器件产品的一种电缆，主要用于连接射频微波测试仪器与被测器件产品的电缆。 * 选择一款测试电缆时，主要要判断以下几个指标： 电压驻波比 机械稳相性（电缆相位在弯曲过程中的稳定性） 机械稳幅性（插入损耗在电缆弯曲过程中的稳定性） 插入损