微波傳輸線理論及應(yīng)用

1、微波傳輸線理論及應(yīng)用傳輸線的種類凡是能夠引導(dǎo)電磁波沿一定方向傳輸?shù)膶?dǎo)體、介質(zhì)系統(tǒng)均可成為傳輸線，微波傳輸線不僅可以用來傳輸電磁能量，還可以用來構(gòu)成多種微波元件，傳輸線的種類繁多，按其傳輸?shù)碾姶挪愋涂梢苑譃槿悾?TEM波傳輸線，其中包括平行雙線、同軸線、帶狀線和微帶線等。這類傳輸線主要用來傳輸TEM波，具有頻帶寬的特點(diǎn)。但在高頻傳輸電磁波能量損耗較大。2TE波和TM傳輸線，又稱包微波傳輸線，其中包括矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)、脊波導(dǎo)和橢圓波導(dǎo)等，這類傳輸線主要用來傳輸TE波和TM等色散波，具有損耗小、功率容量大、體積大而帶寬窄等特點(diǎn)。3表面波傳輸線，包括介質(zhì)波導(dǎo)、鏡像線、單極線，他主要用于傳輸表面波，

2、電磁波能量沿傳輸線表面?zhèn)鬏?，這類傳輸線具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、功率容量大等特點(diǎn)，主要用于毫米波段，用來制作表面天線及某些微波元件。一般對(duì)微波傳輸線基本要求是：能量損耗小、傳輸效率高、功率容量大、工作頻帶寬、尺寸均勻等。目前，微波波段使用最多的是矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)、同軸線、帶狀線和微帶線。分布參數(shù)及分布參數(shù)電路傳輸線有長(zhǎng)線和短線之分，所謂長(zhǎng)線是指?jìng)鬏斁€的幾何長(zhǎng)度與線上傳輸電磁波的波長(zhǎng)比值（電長(zhǎng)度）大于或接近于1，反之成為短線。長(zhǎng)線和短線只是一個(gè)相對(duì)概念，均相對(duì)電磁波波長(zhǎng)而言，長(zhǎng)線并不意味著幾何長(zhǎng)度很長(zhǎng)，而短線也并不意味著幾何長(zhǎng)度很短。例如在微波領(lǐng)域中，1M的傳輸線對(duì)于1000MHZ（波長(zhǎng)30cm）的

3、電磁波而言屬于長(zhǎng)線，在電力系統(tǒng)中1000MHz的輸電線對(duì)于頻率50Hz（波長(zhǎng)為6000KM）的交流而言卻是短線。根據(jù)傳輸線的分布參數(shù)，可分為均勻分布參數(shù)和不均勻分布參數(shù)，本節(jié)主要研究長(zhǎng)線的分布參數(shù)，是沿線均勻分布，不隨位置而變化，均勻傳輸線一般有四個(gè)分布參數(shù)，分別用單位長(zhǎng)度傳輸線分布電阻（）、分布電導(dǎo)（）、分布電感（）、分布電容（）來描述，他們的值取決于傳輸線的類型、尺寸、導(dǎo)體材料和周圍介質(zhì)參數(shù)，可用靜態(tài)法求得。我們把均勻傳輸線分割成許多微元段（）（，為工作波長(zhǎng)），這樣每個(gè)微元段可看成集中參數(shù)電路，用一個(gè)T型網(wǎng)絡(luò)來等效，于是整個(gè)傳輸線可等效成無(wú)窮多個(gè)T型網(wǎng)絡(luò)縱連如下圖：傳輸線方程及解傳輸線方程

4、傳輸線方程式研究傳輸線上的電壓、電流變化規(guī)律及其相互關(guān)系的方程，它可由均勻傳輸線的等效電路導(dǎo)出。，取一個(gè)微元段，其集中參數(shù)分別為，等效電路如圖2所示。傳輸線的始端接角頻率為的正弦信號(hào)源，終端接負(fù)載阻抗ZH，坐標(biāo)原點(diǎn)選在始端。設(shè)距始端Z處的電壓和電流分別為u和I，經(jīng)過段后，電壓和電流分別為和圖1 均勻傳輸線及其等效電路U(Z)圖2 段傳輸線的等效電路傳輸線上的電壓u電流I，既是坐標(biāo)Z的函數(shù)也是時(shí)間t的函數(shù)，可分別表示為，經(jīng)過段后，電壓和電流的變化量根據(jù)克西可夫定律而知： （a） （1） （b）展開（b）式得：從這個(gè)式子可以看到增加得du(Z)是在原I(Z)在()上得壓降和dI(Z)在()上得壓降

5、之和。由于dI(Z),dZ都是小量，故可為： （2）根據(jù)（1）（2），時(shí) （3）由（3）得： （4）將（4）對(duì)Z求導(dǎo)得： （5）令， （6）（6）為二階常微分方程令解（6）可得： （7）將（7）代入（4）得： （8）將（8）變形得：即 所以可以得到系數(shù)關(guān)系： 令得： （9）邊界條件：時(shí)，將邊界條件代入（9）得： （10）得： （11） 將（11）代入（9）得： （12）即： （13）又所以 （14）由（14）知知道傳輸線終端電壓和電流，能求出長(zhǎng)線上任一點(diǎn)電壓及電流。關(guān)于r的討論r定義為傳播常數(shù)，一般為復(fù)數(shù)；可表示為：其中為衰減常數(shù)，表示行波每經(jīng)過單位長(zhǎng)度后振幅的衰減倍數(shù)，單位為分貝/米（），虛

6、部為相移常數(shù)，表示行波每經(jīng)過單位長(zhǎng)度后相位滯后的弧度。，單位為弧度/米()對(duì)于低耗傳輸線，一般滿足 由此可得：衰減常數(shù)是由傳輸線的導(dǎo)體電阻損耗ac和填充介質(zhì)的漏電損耗ad兩部分組成，對(duì)于無(wú)耗傳輸線，則有，由上面分析，它的瞬時(shí)電壓和電流分別表示為：其中為入射波電壓為反射波電壓特性阻抗定義為傳輸線上入射電壓Ui(Z)與入射電流Ii(Z)之比，或反射電壓UZ(Z)與反射電流IZ(Z)之比的負(fù)值，即：一般情況下，特性阻抗與頻率有關(guān)，為復(fù)數(shù)。對(duì)于無(wú)耗傳輸線：對(duì)于微波傳輸線，也可以近似等于上式。傳輸線的輸入阻抗當(dāng)終端電壓、電流決定后，不同的長(zhǎng)度傳輸線，故有不同的輸入阻抗或等效阻抗為：反射系數(shù)定義和公式表示傳輸線上任一點(diǎn)位置Z，反射波電壓或電流與入射波電壓或電流之比，稱為反射系數(shù)，即電壓反射系數(shù)PU(Z)或電流反射系數(shù)Pi(Z)。如果終端Z處為零時(shí)電流反射系數(shù)： 傳輸線上任一點(diǎn)處的電壓反射系數(shù)與電流反射系數(shù)大小相等，相位相反。傳輸線上的任一點(diǎn)處的反射系數(shù)為復(fù)數(shù)，其模等于終端反射系數(shù)的模，相位比終端反射系數(shù)滯后。駐波比與反射系數(shù)的關(guān)系傳輸線匹配問題Zinab/4ZH=RH 1/4波長(zhǎng)匹配段RH終端負(fù)載線電阻傳輸線特性阻抗1加粗段特