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1、1传输线模型由平行双导体构成的引导电磁波结构称为传输线(Transmission Line)。人们熟知 的传输线有平行双导线、同轴线、平行平板波导及其变形一一微带线低频电路中，传输线负载端、源端的电压、电流差别不大，但在高频电路(传输线长度与电磁波波长相比拟)中两者差别很大。传输线模型就是用来揭示这种变化的规律的模 型。传输线上的电压、电源是纵向位置的参数。传输线在电路中相当于一个二端口网络，一个端口连接信号源，通常称为输入端，另一 个端口连接负载，称为输出端。传输践LJ= = _!讹i（3+A2j）2 ，传输线的特性阻抗分析 特性阻抗：又称“特征阻抗”，它不是直流电阻，属于长线传输中的概念。
2、在高频范围内 信号传输过程中，信号到达的地方，信号线和参考平面（电源或地平面）间由于电场的 建立，会产生一个瞬间电流，如果传输线是各向同性的，那么只要信号在传输，就始终 存在一个电流I,而如果信号的输出电平为V,在信号传输过程中，传输线就会等效成一 个电阻，大小为V/I,把这个等效的电阻称为传输线的特性阻抗乙信号在传输的过程中, 如果传输路径上的特性阻抗发生变化,信号就会在阻抗不连续的结点产生反射。影响特性阻抗的因素有：介电常数、介质厚度、线宽、铜箔厚度。传输线的基本特性是特性阻抗和信号的传输延迟,在这里,我们主要讨论特性阻抗。传 输线是一个分布参数系统,它的每一段都具有分布电容、电感和电阻。
3、传输线的分布参 数通常用单位长度的电感L和单位长度的电容C以及单位长度上的电阻、电导来表示， 它们主要由传输线的几何结构和绝缘介质的特性所决定的。分布的电容、电感和电阻是 传输线本身固有的参数,给定某一种传输线,这些参数的值也就确定了,这些参数反映 着传输线的内在因素,它们的存在决定着传输线的一系列重要特性。一个传输线的微分线段l可以用等效电路描述如下：wwL L丄丄-rrf-裁1吩IC4:16传输线的等效电路是由无数个微分线段的等效电路串联而成，如下图所示:U. IR U_ IR ILA如_ !rnnt Ia=IiCr r ICIGICiG从传输线的等效电路可知，每一小段线的阻抗都是相等的。
4、传输线的特性阻抗就是微分 线段的特性阻抗。1C.串联粗抗为耳=1仗+冋】井联服抗恂：込严= 尸_ 1冋_云传输线可等效为:ZiZjZ-=聞z =ZdZfZc + Z疋_G +因*1搖黴分舉 极卜1攻聲F项可恩酪-丄4恥川=加阿=返亦2 G-i- jojc G + jftx半额舉足胖奇刖&iaOKHZ, td=2nS 4ifi-lEMacfR去.Rt G可忍略 L勺单宜也度躺耐电営，f为单也长茂城的同料电容此出当療事僵耐tf LKHZ）. W=2nffR小可淇曲斬瓦州Z0就是传输线的特性阻抗。Z0描述了传输线的特性阻抗，但这是在无损耗条件下描述的，电阻上热损耗和介质损耗 都被忽略了的，也就是直流
5、电压变化和漏电引起的电压波形畸变都未考虑在内。实际应 用中，必须具体分析。传输线分类当今的快速切换速度或高速时钟速率的PCB迹线必须被视为传输线。传输线可分为单 端（非平衡式）传输线和差分（平衡式）传输线，而单端应用较多。单端传输线路下图为典型的单端（通常称为非平衡式）传输线电路。单端传输线是连接两个设备的最为常见的方法。在上图中，一条导线连接了一个设备的 源和另一个设备的负载，参考（接地）层提供了信号回路。信号跃变时，电流回路中的 电流也是变化的，它将产生地线回路的电压降，构成地线回路噪声，这也成为系统中其 他单端传输线接收器的噪声源，从而降低系统噪声容限。这是一个非平衡线路的示例，信号线路
6、和返回线路在几何尺寸上不同高频情况下单端传输线的特性阻抗（也就是通常所说的单端阻抗）为：其中：L为单位长度传输线的固有电感，C为单位长度传输线的固有电容。单端传输线特性阻抗与传输线尺寸、介质层厚度、介电常数的关系如下：与迹线到参考平面的距离（介质层厚度）成正比与迹线的线宽成反比与迹线的高度成反比与介电常数的平方根成反比单端传输线特性阻抗的范围通常情况下为25Q至120Q，几个较常用的值是28Q、33Q、50Q、52.5Q、58Q、65Q、75Q。差分传输线路下图为典型的差分（通常称为平衡式）传输线电路。差分传输线适用于对噪声隔离和改善时钟频率要求较高的情况。在差分模式中，传输线 路是成对布放的
7、，两条线路上传输的信号电压、电流值相等，但相位（极性）相反。由 于信号在一对迹线中进行传输，在其中一条迹线上出现的任何电子噪声与另一条迹线上 出现的电子噪声完全相同（并非反向），两条线路之间生成的场将相互抵消，因此与单端 非平衡式传输线相比，只产生极小的地线回路噪声，并且减少了外部噪声的问题。这是一个平衡线路的示例-信号线和回路线的几何尺寸相同。平衡式传输线不会对其他 线路产生噪声，同时也不易受系统其他线路产生的噪声的干扰。差分模式传输线的特性阻抗（也就是通常所说的差分阻抗）指的是差分传输线中两条导 线之间的阻抗，它与差分传输线中每条导线对地的特性阻抗是有区别的，主要表现为： 间距很远的差分对
8、信号，其特性阻抗是单个信号线对地特性阻抗的两倍。间距较近的差分对信号，其特性阻抗比单个信号线对地特性阻抗的两倍小。别的因素保持不变时，差分对信号之间的间距越小其特性阻抗越低（差分阻抗与差份 线队之间的间距成反比）。差分传输线特性阻抗通常情况下为100Q，有时也用到75Q。考虑到多层PCB板生产时PCB迹线可分布于表面或者内层，这两种情况下PCB迹线的 参考平面有所不同，所以又可将PCB迹线分为微波传输带（Microstripe）和带状线（Stripeline）传输线路。微波传输带传输线路是由一条安装在可导接地层的低损耗绝缘体上的控制宽度的可导迹 线构成的。该绝缘体通常使用强化玻璃环氧树脂制造，
9、例如G10、FR-4或PTFE，用 于超高频应用。带状线传输线路通常包括夹在两个参考层和绝缘材质之间的导线迹线。传输线路和层构 成了控制阻抗。 带状线与微波传输带的不同之处在于它嵌入到两个参考层之间的绝缘材质中，带状线阻 抗参考两个平面，阻抗迹线在内层，而微波传输带只有一个参考平面，阻抗迹线在PCB 板的外层（表层）。PCB 迹线的阻抗将由其感应和电容性电感、电阻和电导系数确定，这些因子将是迹线物 理尺寸（例如迹线的宽度和厚度）和 PCB 底板材质的绝缘常数和绝缘厚度的函数，因 此也可以说， PCB 板迹线的阻抗值由信号迹线的物理尺寸（宽度和厚度）、线路板绝缘常 数、绝缘介质厚度、信号迹线与层
10、的配置决定。3, 传播常数（propagation constant）传播常数k=2n/A，相速度u=c/n（A），n（入）是与波长有关的折射率函数。纯SiO2 的折射率随着波长的增大而减小，因而传播常数小了，相速度变大了。4, 慢波及慢波特性【行波：traveling wave,某一物理量的空间分布形态随着时间的推移振幅不变的情 况下向一定的方向行进，传播方向为无限，故称行波。】 所谓慢波是相对于快波而言的，某一系统，在其中的传输速度大于或等于光速，为快波 系统；传输速度小于光速的系统为慢波系统。慢波系统是行波管的重要组成部分之一。由于行波管的工作依赖于电子注与线路行波场 之间的相互作用而完
11、成，所以沿轴向传输的行波场应与电子注有近乎相同的速度，而且 该速度应该远比光速小。产生这些沿轴向传输的且相速远比光速小的行波场的电路称为 慢波系统（或慢波电路）。微波管中谐振腔中提供很强的高频电场，从而增强电子与场的相互作用，但是谐振腔的固有频率选择性限制了带宽。为了延长电子与行波场的相互作用时间，必须使行波与电予注同步，即行波的相速度 与电于注的速度大致相当克无介曆的均匀传输系统中的行波棚速度总是大于或等于光速* 而根拥相对论原理电子注的相速度总是小于光速.因此均匀传输系统中的行波不可能与 电子注同步,必须设法使行波的相速减慢这就是“慢波S可以传输慢波的系统称为綁曼 波系统時慢波系统为行波场
12、与电子注之间有效地换能提供了作用空间，成为行波型微波 器件和电子直线加速器中高频系统的主要部分.在选定的工作模式下，慢波电路主要的特性和参量有色散特性、耦合阻抗等。色散特性 表示在慢波电路中传播的微波场的相速随频率变化的关系。用于宽频带行波管的慢波电 路，在频带宽度内相速随频率的变化应尽量小，即色散较弱。这样才能在整个频带宽度 内保证电子注与微波场相速之间的同步。耦合阻抗是表示电子注与微波场相互作用强弱 的一个参量。耦合阻抗的量值越大，微波场与电子注的耦合越强，电子注与微波场之间 的能量交换越充分。5,Q值Q值是衡量电感器件的主要参数。是指电感器在某一频率的交流电压下工作时，所呈现 的感抗与其等效损耗电阻之比。电感器的Q值越高，其损耗越小，效率越高。电感器品 质因数的高低与线圈导线的直流电阻、线圈骨架的介质损耗及铁心、屏蔽罩等引起的损 耗等有关。Q值过大，引起电感烧毁，电容击穿，电路振荡。
