2011微波工程 第3章 传输线和波导.pptVIP

亥维赛（Heaviside Oliver ，1850～1925） 英国数学家、物理学家。1850年5月18日生于伦敦的卡姆登镇，1925年2月3日卒于德文郡。他未受过正式的高等教育，1870年起担任报务员，1874年因耳疾辞职，潜心研究无线电波传播的理论问题，发表了一系列论文。 他通过创造性地运用数学工具而获得重大物理发现（ 如预言了电离层的存在等），同时为数学本身提供新的概念与方法。 他是向量分析的创始人之一，并建立了系统的向量符号。 他于1891年当选为英国皇家学会会员。德国格丁根大学曾授予他荣誉博士学位。 矩形波导的单模传输 如何理解单模传输条件？ 矩形波导TE10模式波阻抗 波导法兰盘 扼流型法兰盘 Figure 3.12 Attenuation of various modes in a circular copper waveguide with a = 2.54 cm. Field lines for some of the lower order modes of a circular waveguide. 同轴接头 其他类型的传输线和波导 脊波导、介质波导、槽线、共面波导、覆盖微带线 鳍线详解 实例：同轴到微带的转换 实例：同轴到微带的转换 实例：同轴到微带的转换 实例：同轴到微带的转换 实例：同轴到微带的转换 实例：同轴到微带的转换 实例：同轴到微带的转换 实例：同轴到微带的转换 实例：同轴到微带的转换 实例：同轴到微带的转换 实例：同轴到微带的转换 实例：同轴到微带的转换 3.8 微带线（microstrip line） 微带线的发展 微带线的特性参量 微带线的色散特性 微带线的应用 微带线的发展 微带线是微波传输线的一种。最初的平行传输线随着频率的升高会有显著的辐射损耗，不适于作很高频段（例如分米波、厘米波段）电磁波的传输线和电路元件，因此发展成封闭结构的同轴线和波导，防止了辐射损耗，大大提高了工作性能，把微波技术推进到一个新的水平。 同轴线和波导的缺点：体积和重量大、机械加工复杂、成本高、调整不容易等。 概念的提出：40年代末、50年代初。 六十年代以来，无线电技术对小型化的要求日益迫切，改变以波导、同轴线为主体的微波系统已成为当务之急；同时在微波固体器件上已产生重大突破，要求有微波传输线与之配合，此时微带线就占据了重要的应用位置。 三个主要特点解决了微波电路小型化、集成化中的主要矛盾： 可用印刷电路的方法做成平面电路，电路结构十分紧凑； 高介电常数的介质基片缩短了导波波长，使传输线纵、横向尺寸均大为缩减； 微带线导体带条的半边是自由空间，连接固体器件十分方便。 微带线的发展 微带线的特性参量及计算 微带线中主要传播的是横电磁波（TEM）或准TEM波。只要假定它们是无耗的，其特性阻抗Z0均可用单位长度的分布电容C（法拉／米）和相速VP（米／秒）表示： 若传输线以相对介电常数为εr 的介质均匀填充，则 VP 和C分别为： 这里V0是真空中的电磁波速度；C0是以空气作介质时传输线单位长度的分布电容。 当传输线有数种介质填充时，要引入有效介电常数 的概念，此时： 微带线的特性参量及计算 用了有效介电常数后，就可把这种传输线看作介电常数等于 的介质均匀填充的传输线， Z0是所研究传输线的实际特性阻抗。 对于给定的特征阻抗Z0和介电常数 εr，比值W/d可求得： 微带线的特性参量及计算 微带线介电损耗的衰减： 微带线导体损耗的衰减： 注意：对绝大多数微波基片而言，导体损耗比介电损耗更为重要！ 微带线的特性参量及计算 3.10 波速和色散 电磁波传播相关的两种速度 光在媒质中的速度 相速 TEM波 两种速度相等 TE、TM波 相速大于光在媒质中的速度（快波） 色散(dispersion) 相速因频率不同而不同，各个频率分量在沿传输线或波导传播时将不再保持他们原始的相位关系，从而导致信号畸变的现象。 群速(group velocity) 窄带信号传播的速度。（信号带宽相对较小，色散不严重时适用） 3.10.1 群速 群速与传播常数的关系 1. 时域信号 傅里叶变换 逆变换 f (t)在传输线或波导中传播（线性系统） 无耗、匹配的传输线传输函数： 输出信号的时域表达式： 若|Z(ω)|=A是常量，Z(ω)的相位ψ是ω的线性函数，如ψ=aω ，输出为： 除了振幅因子A和时间相移a外，它是f (t)的复制品。 因此，形式为 的传输函数 不会改变输入信号。 无耗TEM波 β=ω/c 无色散 有耗TEM波 αc=RS/ηd 有色散 2. 调制信号 窄带输入信号： 代表一个