长线理论.PPTVIP

第二章 长线理论 长线理论(传输线理论)又称一维分布 参数电路理论，是微波电路设计和计算 的理论基础。 本章从“路” 的观点出发，研究微波 传输线的基本传输特性，讨论用SMITH 园图进行计算和阻抗匹配的方法。 第一节 传输线的基本概念 一、传输线及其种类 传输线 ? 用来传输电磁能量的装置。 由传输系统引导，向一定方向传播的电磁波 称为导行波。 微波传输线与低频传输线的不同点： 1. 微波传输线种类繁多, 按其所传输的导行波型可分为三大类： (1) TEM波(包括准TEM波)传输线 (2) 金属波导传输线, 其传输模为TE、TM波。 图2-2 波导传输线 (e) 矩形波导 (f) 圆形波导 (g) 脊形波导 (h) 椭圆波导 (3) 表面波传输线 图2-3 表面波传输线 (i) 介质波导 (j) 镜像线 (k) 单根表面波传输线 2. 微波传输线不仅能传输电磁能量, 还可用来 构成各种微波元件( 如谐振腔、滤波器、阻抗匹配 器、定向耦合器等 ) 。这与低频传输线截然不同。 当传输线的横向尺寸比信号波长小得多、而 轴向尺寸(即长度)远比信号波长大时, 可将传输线 看成一维分布参数电路。 本章讨论的是指传输TEM波的传输线，可用 双导线模型进行分析。 二、分布参数概念 1. 长线与短线 相对长度l /? 称为传输线的电长度。 通常，当 ： l /? ? 0.05 , 即 几何长度与工作波长可比拟或更长的称为长线； l /? 0.05 , 即 几何长度与工作波长相比可忽略不计的为短线。 例如：传输3GHz(? =10cm)的同轴线 l =0.5m,为长线 ；输送市电的电力传输线(f=50Hz, ? = 6000 km)，长达几千米，为短线。 图(a)为半波长的波形图, AB l, 为“短线”， 某一时刻, AB上各点的电压(电流)的大小和相位 几乎不变。 2. 分布参数与分布参数电路 长线和短线的区别还在于： 长线为分布参数电路, 短线为集中参数电路。 低频电路中, 电路元件参数(R、L、C)基本上 都集中在相应的元件(电阻、电感器、电容器)中， 称为集中参数。 电路中还存在着元件间连线的电阻、电感和 导线间的电容等，称为分布参数。 低频电路中, 分布参数的量值与集中参数相比， 微乎其微, 可忽略不计。低频传输线为短线, 在电 路中只起连接线作用。低频电路为集中参数电路。 高频信号通过传输线时会产生以下分布参数： 导体周围高频磁场→串联分布电感； 两导体间高频电场→并联分布电容； 导线? 有限，高频电流趋肤效应→分布电阻； 导体间非理想绝缘→漏电→并联分布电导。 当双导线工作在微波波段时，分布参数的影响 不容忽视。 例：设双导线的分布电感 L0=0.999nH/mm， 分布电容 C0=0.0111pF/mm ; 工作在 f= 50Hz时引入的串联电抗、并联导纳： XL?f=50Hz=?L=2?f L0=314?10-3?? /mm Bc?f=50Hz=?C=2?f C0 =3.49?10-12 S /mm 当频率升到5000MHz时： XL?f=5000MHz=?L=2?f L0 =31.4 ? /mm Bc?f=5000MHz=2?f C0 =3.49?10-4 S /mm 后者是前者的一亿倍，其分布参数效应不容忽视。 微波传输线, 其电路参数(R、L、C、G)及 电路物理量(u、i)，都是沿线分布的(是 z，t 的 函数)，称之为分布参数电路，必须用传输线理 论来研究。 三、均匀传输线及其等效电路 传输线上处处存在分布电阻、分布电感、线间 处处存在分布电容和漏电电导。 根据传输线上分布参数均匀与否，可将传输线 分为均匀传输线和非均匀传输