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1、微波传输线实际西安电子科技大学王 家 礼 微波传输线实际l第一章 微波传输线实际长线实际简介l 微波传输线引导微波能量传输的安装称为微波传输线。l 微波传输线可分为以下几种：同轴传输线、金属波导传输线、介质波导传输线、带状线、微带线、共面线、鳍线等。l 对于微波有源电子线路来说主要运用微带线、共面线等便于集成的传输线。 微波传输线实际l 描画微波传输线本身的特性的实际称为传输线实际，也称为长线实际。l 传输线实际为什么又叫长线实际呢？衡量传输线的长度我们是以电长度为尺度的，所谓电 l 长度即 ， 是在传输线里电磁波的波长，是传输线实践的长度。当 1时称为短线，l 而 不满足上述条件时称为长线，
2、两者有本质的区别。如：我们所用的市电频率为50Hz，其l 波长为61E6米，假设一个长度为6千米的平行双导线，其实践长度是很长了，而其电长度为 l 0.001是很短的，可以看成是一个点。再如频率为5GHz的电磁波在TEM传输线里传输时其波长为l 6cm,假设一个长度为6cm的同轴线其实践长度是很短了，而其电长度为1.0,也就是说实践的长度可l 以和波长相比较，称为长线。在传输线上电场、磁场分布是不同的，从等效电路上看，短线可以l 用集中元件电阻、电感、电容来表示，而长线必需用分布参数元件来表示。 微波传输线实际 从本从本质质上看分析上看分析传输线传输线特性必需从特性必需从电场强电场强度、磁度、
3、磁场强场强度来度来获获得，但求解得，但求解电场强电场强度、磁度、磁场强场强度必度必须须由麦克斯由麦克斯韦韦方程和方程和边边境条件来求解，太繁也太境条件来求解，太繁也太难难。为为了和直流了和直流电电路相路相对应对应，我，我们们引入等效引入等效电压电压、电电流的概念，来分析流的概念，来分析传输线传输线的特性留意在微波的特性留意在微波电电路中路中电压电压、电电流是不能丈量的，是一个等效的参流是不能丈量的，是一个等效的参数。等效数。等效电压电压是由是由电场强电场强度定度定义义的，而等效的，而等效电电流是由磁流是由磁场强场强度定度定义义的。当微波能量的。当微波能量经过传输线时经过传输线时将将产产生如下的
4、分布参数效生如下的分布参数效应应：由于：由于电电流流流流过导线过导线将将发热发热，这阐这阐明明导线导线具有分布具有分布电电阻；由于阻；由于导线间导线间的的绝缘绝缘不完善而存在漏不完善而存在漏电电流，流，这阐这阐明明导线间导线间存在分布存在分布电导电导；由于；由于导线导线有有电电流，在其周流，在其周围围存在磁存在磁场场，因，因此此导线导线上存在分布上存在分布电电感；由于感；由于导线间导线间存在存在电压电压，导线间导线间必有必有电场电场，于是，于是导线间导线间存在分布存在分布电电容。在低容。在低频频段可以忽略不段可以忽略不计计，但在微波段必需加以思索。因此在微波，但在微波段必需加以思索。因此在微波
5、频频段，段，传输线传输线是分布参数是分布参数电电路。我路。我们们假假定：定：传输线时传输线时均匀的，每一个微分均匀的，每一个微分单单元元长长度的度的电电阻、阻、电导电导、电电容、容、电电感都等于感都等于单单位位长长的的电电阻阻值值、电电导值导值、电电容容值值、电电感感值值乘以乘以单单元的微分元的微分长长度。其等效度。其等效电电路如下路如下微波传输线实际一一传输线传输线方程的方程的导导出出 微波传输线实际 第一式对z再求导一次把第二式代入可得以下结果 式中；, , 其解为； 根据根据电电路根底知路根底知识识，我，我们们可以可以导导出出传输线传输线方程；方程；微波传输线实际知知终终端的端的电压电压
6、和和电电流的解；流的解； 那么知那么知终终端的端的电压电压和和电电流的解；流的解；思索无耗思索无耗传输线传输线并并变换变换坐坐标标可得，即可得，即 ， 利用三角利用三角变换变换式可得，并写成矩式可得，并写成矩阵阵方式；方式； 微波传输线实际波导波长为；二无耗二无耗传输线传输线的根本特性的根本特性 1、传输线上恣意一点的电压和电流是由入射波电压电流和反射波电压电流的叠加。 2、特性阻抗时由入射波电压与入射波电流之比定义的。他反映了传输线本身的特性，与入射波电压与入射波电流的大小无关。 3、传输线上电磁波的传输速度为 TEM波的传输速度4 4、传输线上恣意点阻抗；、传输线上恣意点阻抗；由于所以微波
7、传输线实际假设 ， ，那么 ，阐明四分之一波长具有阻抗变换作用。假设传输线的长度为 ， ，那么 ，阐明二分之一波长具有阻抗反复性。 4 4、反射系数的定义；、反射系数的定义； 终端反射系数传输线上恣意点反射系数的模不变，相角在变化。 5、输入阻抗与反射系数的关系；、输入阻抗与反射系数的关系； 微波传输线实际三无耗传输线任务形状的分析 1、行波形状无反射形状 知 ，当 ，那么 ，即负载匹配。此时传输线上只存在入射波电压和入射波电流。 2、驻波形状全反射形状 1终端短路 ， 。 微波传输线实际电压驻波幅度随时间的变化微波传输线实际2终端开路 ， 。 电压驻波幅度随时间的变化 微波传输线实际3终端接
8、纯电抗元件 ， 。 微波传输线实际 4、终端接恣意负载行驻波形状 ， ， 。 这阐明波在终端产生部分反射，在传输线上构成行驻波，此时传输线上的电压波为 微波传输线实际例1：求如下图电路的输入阻抗微波传输线实际驻波系数的定义； 解: 例2：求如下图电路的输入阻抗和反射系数微波传输线实际例3：求如下图电路的输入阻抗和反射系数微波传输线实际例4：求如下图电路的输入阻抗和反射系数微波传输线实际例5：证明长度为二分之一波长的两端短路无耗传输线不论信号从线上哪一点馈入，均对信号频率呈现并联谐振。证明：微波传输线实际例6：画出以下图电路沿传输线电压、电流和阻抗的分布图，并求出最大值个最小值。解：首先把电路化
9、简如以下图方式，求出 电阻R的电压和流过电阻R的电流 由于传输线 传输的行波所以B点的电压和电流 传输线 输入端B的电压和电流电阻R的电压和流过电阻R的电流 微波传输线实际传输线 输入端B点的反射系数和驻波系数 由于传输线 的特性阻抗大于终端负载阻抗纯阻性，终端电压为最小值微波传输线实际将 r 的表达式和 x 的表达式整理为如下方式；以上两式阐明归一化电阻和归一化电抗在反射系数 平面上的轨迹是一个圆这样我们就可以获得阻抗圆图。 微波传输线实际 四阻抗圆图Smith圆图红线对应反射系数园绿线对应电阻园黑线对应电抗园微波传输线实际红线对应反射系数园绿线对应电阻园黑线对应电抗园微波传输线实际红线对应
10、反射系数园绿线对应电阻园黑线对应电抗园微波传输线实际A点阻抗为零是短路点B点阻抗为无限大是开路点O点阻抗为1是匹配点OB实轴归一化电阻大于 1对应为驻波系数，此位置出现电压最大值AO实轴归一化电阻小于 1对应为行波系数，此位置出现电压最小值上半平面电抗大于零是电感性下半平面电抗小于零是电容性微波电子线路红线对应反射系数绿线对应电阻园黑线对应电抗园阻抗圆图阻抗圆图导纳圆图导纳圆图微波电子线路A点归一化导纳为 零是开路点B点归一化导纳为 无限大是短路点O点归一化导纳为 1是匹配点OB实轴归一化电 导大于 1对应为 行波系数，此位 置出现电压最小 值AO实轴归一化电 导小于 1对应为 驻波系数，此位
11、 置出现电压最大 值上半平面电纳大 于零是电容性下半平面电纳小 于零是电感性红线对应反射系数绿线对应电导园黑线对应电纳园导纳圆图导纳圆图 微波电子线路导抗圆图导抗圆图五阻抗匹配网络五阻抗匹配网络 微波电子线路 假设采用公式计算 由上式中第一式确定L1,由第二式确定L2. 假设用导纳圆图来求解，如以下图所示阻抗匹配网络之一阻抗匹配网络之一微波电子线路阻抗匹配网络之二阻抗匹配网络之二微波电子线路令上式虚部为零求解出L1，然后利用四分之一阻抗变换段的特性公式 确定 由阻抗员图也可以求出微波电子线路阻抗匹配网络之三阻抗匹配网络之三 集中参数网络集中参数网络 集中参数电容用开路传输线来实现，而集中参数电感用一段传输线来实现。求解以上方程即可确定传输线的电长度。本章内容就讲到此。 谢 谢 ！微波电子线路
