《微波技術(shù)與天線》第1.5-1.7節(jié)

1、1.5 阻抗匹配阻抗匹配n阻抗匹配具有三種不同的含義，分別是負(fù)載阻阻抗匹配具有三種不同的含義，分別是負(fù)載阻抗匹配、源阻抗匹配和共軛阻抗匹配。抗匹配、源阻抗匹配和共軛阻抗匹配。 n本節(jié)內(nèi)容本節(jié)內(nèi)容n三種匹配三種匹配n阻抗匹配的方法與實(shí)現(xiàn)阻抗匹配的方法與實(shí)現(xiàn)入射波入射波反射波反射波Z0ZlZg1. 三種匹配三種匹配(impedance matching)(1) (1) 負(fù)載阻抗匹配：負(fù)載阻抗匹配：負(fù)載阻抗等于傳輸線的特性阻抗。負(fù)載阻抗等于傳輸線的特性阻抗。 此時(shí)傳輸線上只有從信源到負(fù)載的入射波，而無(wú)反射波。此時(shí)傳輸線上只有從信源到負(fù)載的入射波，而無(wú)反射波。 (2) (2) 源阻抗匹配：源阻抗匹配：

2、電源的內(nèi)阻等于傳輸線的特性阻抗。電源的內(nèi)阻等于傳輸線的特性阻抗。 對(duì)匹配源來(lái)說(shuō)，它給傳輸線的入射功率是不隨負(fù)載變化的，負(fù)載有對(duì)匹配源來(lái)說(shuō)，它給傳輸線的入射功率是不隨負(fù)載變化的，負(fù)載有 反射時(shí)，反射回來(lái)的反射波被電源吸收。反射時(shí)，反射回來(lái)的反射波被電源吸收。( (3)3)共軛阻抗匹配：共軛阻抗匹配：設(shè)信源電壓為設(shè)信源電壓為E Eg g, , 信源內(nèi)阻抗信源內(nèi)阻抗Zg=Rg+jXg, Zg=Rg+jXg, 傳輸線的傳輸線的 特性阻抗為特性阻抗為Z Z0 0, , 總長(zhǎng)為總長(zhǎng)為l, l, 終端負(fù)載為終端負(fù)載為Z Zl l2max1124ggPER2ing2ingin2gi*inging*gg)()(

3、21)(21XXRRRERZZZZEEPn因而得到因而得到 Zin=Zg* 時(shí)時(shí)，inging,XXRR 匹配器匹配器1匹配器匹配器2*ginZZn負(fù)載阻抗匹配負(fù)載阻抗匹配Zl=Z0n信號(hào)源阻抗匹配信號(hào)源阻抗匹配Zg=Z0 n共軛阻抗匹配共軛阻抗匹配Zin=Zg* Zl=Z0阻抗匹配器阻抗匹配器耦衰減器、隔離器耦衰減器、隔離器n負(fù)載匹配的方法：從頻率上劃分有窄帶匹配和寬帶匹配；負(fù)載匹配的方法：從頻率上劃分有窄帶匹配和寬帶匹配；從實(shí)現(xiàn)手段上劃分有從實(shí)現(xiàn)手段上劃分有 /4阻抗變換器法、支節(jié)調(diào)配法。阻抗變換器法、支節(jié)調(diào)配法。 隔離器隔離器或或衰減器衰減器阻抗阻抗匹配匹配2. 阻抗匹配的實(shí)現(xiàn)方法阻抗匹

4、配的實(shí)現(xiàn)方法此處接/4阻抗變換器0ZZinlRZZ001120110101101)4/tan()4/tan(RZjRZjzRZZin(1) /4阻抗變換器阻抗變換器匹配方法匹配方法(2) 支節(jié)調(diào)配支節(jié)調(diào)配法法(stub tuning) 支節(jié)調(diào)配器是由距離負(fù)載的某固定位置上的并支節(jié)調(diào)配器是由距離負(fù)載的某固定位置上的并聯(lián)或串聯(lián)終端短路或開(kāi)路的傳輸線（稱之為支聯(lián)或串聯(lián)終端短路或開(kāi)路的傳輸線（稱之為支節(jié)）構(gòu)成的?？煞譃閱沃Ч?jié)節(jié)）構(gòu)成的?？煞譃閱沃Ч?jié)(single-stub)調(diào)配調(diào)配器器、雙支節(jié)雙支節(jié)(double-stub)調(diào)配器及多支節(jié)調(diào)配器及多支節(jié)(multiple-stub)調(diào)配器調(diào)配器。并聯(lián)單

5、支節(jié)調(diào)配器并聯(lián)單支節(jié)調(diào)配器 串聯(lián)單支節(jié)調(diào)配器串聯(lián)單支節(jié)調(diào)配器 （a a）串聯(lián)單支節(jié)調(diào)配器）串聯(lián)單支節(jié)調(diào)配器 Z0ZlZ0Z01 l1maxl2lAABB1arctan21arctan221llll41max已知負(fù)載可求得反射已知負(fù)載可求得反射系數(shù)系數(shù) l和駐波比和駐波比 此處為第一此處為第一波腹點(diǎn)波腹點(diǎn)此處輸入阻抗應(yīng)此處輸入阻抗應(yīng)等于特性阻抗等于特性阻抗(b) 并聯(lián)并聯(lián)單支節(jié)調(diào)配器單支節(jié)調(diào)配器 2lAABB1 l1minlY0Y0Y0441minll1arctan241arctan221ll此處輸入導(dǎo)納應(yīng)此處輸入導(dǎo)納應(yīng)等于特性導(dǎo)納等于特性導(dǎo)納此處為第一此處為第一波節(jié)點(diǎn)波節(jié)點(diǎn)(c)多支節(jié)調(diào)配多支

6、節(jié)調(diào)配(multiple-stub tuning) 單支節(jié)匹配的主要缺點(diǎn)是它僅能實(shí)現(xiàn)在點(diǎn)頻上匹配，單支節(jié)匹配的主要缺點(diǎn)是它僅能實(shí)現(xiàn)在點(diǎn)頻上匹配，要展寬頻帶，可采用多支節(jié)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。要展寬頻帶，可采用多支節(jié)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 例例 1- 4設(shè)無(wú)耗傳輸線的特性阻抗為設(shè)無(wú)耗傳輸線的特性阻抗為50 , 工作頻率為工作頻率為300MHz, 終端接終端接有負(fù)載有負(fù)載Z1=25+j75(), 試求串聯(lián)短路匹配支節(jié)離負(fù)載的距離試求串聯(lián)短路匹配支節(jié)離負(fù)載的距離l1及短路支節(jié)的及短路支節(jié)的長(zhǎng)度長(zhǎng)度l2。 解: 由工作頻率f=300MHz, 得工作波長(zhǎng)=1m。終端反射系數(shù) l=|l|e jl = =0.333+j0.66

7、7=0.7454e j1.1071 駐波系數(shù) 1116.85411 0101zzzz第一波腹點(diǎn)位置 調(diào)配支節(jié)位置max110.0881()4lmmax11tan0.14622larcr1.6 史密斯圓圖及其應(yīng)用史密斯圓圖及其應(yīng)用 n史密斯圓圖史密斯圓圖n史密斯圓圖應(yīng)用史密斯圓圖應(yīng)用n史密斯圓圖史密斯圓圖（smith chart）是用來(lái)分析傳輸線匹是用來(lái)分析傳輸線匹配問(wèn)題的有效方法，它具有概念明晰、求解直觀、精配問(wèn)題的有效方法，它具有概念明晰、求解直觀、精度較高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于射頻工程中。度較高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于射頻工程中。n本節(jié)要點(diǎn)本節(jié)要點(diǎn) 11ininzzzzz 0ZzZzzininj

8、)2( jee)(lzllzn式中，式中， 為終端反射系數(shù)的幅角；為終端反射系數(shù)的幅角； 是是z處反射系數(shù)處反射系數(shù)的幅角。當(dāng)?shù)姆?。?dāng)z增加時(shí)，即由終端向電源方向移動(dòng)時(shí)，增加時(shí)，即由終端向電源方向移動(dòng)時(shí)， 減小，相當(dāng)減小，相當(dāng)于順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；反之，由電源向負(fù)載移動(dòng)時(shí)，于順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；反之，由電源向負(fù)載移動(dòng)時(shí)， 增大，相當(dāng)于逆時(shí)增大，相當(dāng)于逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。沿傳輸線每移動(dòng)針轉(zhuǎn)動(dòng)。沿傳輸線每移動(dòng) 時(shí)，反射系數(shù)經(jīng)歷一周。時(shí)，反射系數(shù)經(jīng)歷一周。lzl22/為歸一化輸入阻抗。為歸一化輸入阻抗。 (z)為一復(fù)數(shù)，為一復(fù)數(shù)，極坐標(biāo)形式為：極坐標(biāo)形式為：n傳輸線上任意一點(diǎn)反射系數(shù)表達(dá)為傳輸線上任意一點(diǎn)反射系數(shù)表達(dá)為

9、n可見(jiàn)，當(dāng)負(fù)載一定，反射系數(shù)的大小不變，即為半徑為可見(jiàn)，當(dāng)負(fù)載一定，反射系數(shù)的大小不變，即為半徑為l 的圓的圓1.反射系數(shù)圓反射系數(shù)圓(reflection coefficient circles)n任一點(diǎn)任一點(diǎn)與與圓心圓心連線的長(zhǎng)度就是與該點(diǎn)相應(yīng)的傳輸線上某點(diǎn)處的反射系連線的長(zhǎng)度就是與該點(diǎn)相應(yīng)的傳輸線上某點(diǎn)處的反射系數(shù)的大小，連線與數(shù)的大小，連線與 的那段實(shí)軸間的夾角就是反射系數(shù)的幅角。的那段實(shí)軸間的夾角就是反射系數(shù)的幅角。0n對(duì)于任一個(gè)確定的負(fù)載阻抗的歸一化值，都能在圓圖中找到一個(gè)對(duì)于任一個(gè)確定的負(fù)載阻抗的歸一化值，都能在圓圖中找到一個(gè)與之相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，它是傳輸線端接這一負(fù)載時(shí)計(jì)算的起點(diǎn)與之

10、相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，它是傳輸線端接這一負(fù)載時(shí)計(jì)算的起點(diǎn)。 n當(dāng)當(dāng)l 為不同值時(shí)反射系數(shù)圓圖如下。為不同值時(shí)反射系數(shù)圓圖如下。同心圓的半徑表示同心圓的半徑表示反射系數(shù)的大小反射系數(shù)的大小其起點(diǎn)為實(shí)軸左邊的端點(diǎn)其起點(diǎn)為實(shí)軸左邊的端點(diǎn)（即（即180 處）處）沿傳輸線移動(dòng)的距離以波長(zhǎng)沿傳輸線移動(dòng)的距離以波長(zhǎng)為單位來(lái)計(jì)量為單位來(lái)計(jì)量2. 阻抗圓阻抗圓（impedance circles) vuzjvuvZZzj1j1u0ininn令令 ，則得到下列方程，則得到下列方程jxrzin22222211) 1(111xxrrrvuvu (z)表示成直角坐標(biāo)形式表示成直角坐標(biāo)形式n 傳輸線上任意一點(diǎn)歸一化阻抗為：傳輸線上

11、任意一點(diǎn)歸一化阻抗為： n這兩個(gè)方程是以歸一化電阻和歸一化電抗為參數(shù)的兩組這兩個(gè)方程是以歸一化電阻和歸一化電抗為參數(shù)的兩組圓方程。第圓方程。第1式為歸一化電阻圓式為歸一化電阻圓，第第2式為歸一化電抗。式為歸一化電抗。r110 ,1rr 愈大圓的半徑愈小。愈大圓的半徑愈小。r當(dāng)當(dāng) 時(shí)，圓心在時(shí)，圓心在(0,0)，半徑為，半徑為10r當(dāng)當(dāng) 時(shí)，圓心在時(shí)，圓心在(1,0)，半徑為，半徑為0r圓心圓心半徑半徑22222211)1(111xxrrrvuvux1, 1x1圓心圓心半徑半徑x可正可負(fù)，全簇共分為兩組可正可負(fù)，全簇共分為兩組一組在實(shí)軸的上方，另一組在下方一組在實(shí)軸的上方，另一組在下方x 時(shí)，圓

12、縮為點(diǎn)時(shí)，圓縮為點(diǎn)(1,0)22222211)1(111xxrrrvuvu3.阻抗圓圖阻抗圓圖n將反射系數(shù)圓將反射系數(shù)圓圖、歸一化電圖、歸一化電阻圓圖和歸一阻圓圖和歸一化電抗圓圖畫(huà)化電抗圓圖畫(huà)在一起，為完在一起，為完整的阻抗圓圖，整的阻抗圓圖，也稱為也稱為史密斯史密斯圓圖。圓圖。向負(fù)載向負(fù)載向電源向電源實(shí)軸左半邊為電實(shí)軸左半邊為電壓波節(jié)點(diǎn)又代表壓波節(jié)點(diǎn)又代表行波系數(shù)行波系數(shù)K實(shí)軸右半邊為實(shí)軸右半邊為電壓波腹點(diǎn)又電壓波腹點(diǎn)又代表駐波比代表駐波比 結(jié)論：結(jié)論：阻抗圓圖上的重要點(diǎn)、線、面阻抗圓圖上的重要點(diǎn)、線、面r=1的電阻圓的電阻圓開(kāi)路點(diǎn)開(kāi)路點(diǎn)短路點(diǎn)短路點(diǎn)匹配點(diǎn)匹配點(diǎn)純電阻線純電阻線純電抗圓純電抗

13、圓x=-1電抗圓弧電抗圓弧x=+1電抗圓弧電抗圓弧上半圓電感性上半圓電感性下半圓電容性下半圓電容性結(jié)論結(jié)論在阻抗圓圖的上半圓內(nèi)的電抗為在阻抗圓圖的上半圓內(nèi)的電抗為x0呈感性；下半圓內(nèi)的電呈感性；下半圓內(nèi)的電抗為抗為x0呈容性；呈容性；實(shí)軸上的點(diǎn)代表純電阻點(diǎn)，左半軸上的點(diǎn)為電壓波節(jié)點(diǎn)，其實(shí)軸上的點(diǎn)代表純電阻點(diǎn)，左半軸上的點(diǎn)為電壓波節(jié)點(diǎn)，其上的刻度既代表上的刻度既代表rmin ，又代表行波系數(shù)，又代表行波系數(shù)K，右半軸上的點(diǎn)為右半軸上的點(diǎn)為電壓波腹點(diǎn)，其上的刻度既代表電壓波腹點(diǎn)，其上的刻度既代表rmax ，又代表駐波比，又代表駐波比 ；圓圖旋轉(zhuǎn)一周為圓圖旋轉(zhuǎn)一周為 /2；=1的圓周上的點(diǎn)代表純電抗

14、點(diǎn)；的圓周上的點(diǎn)代表純電抗點(diǎn)；實(shí)軸左端點(diǎn)為短路點(diǎn)，右端點(diǎn)為開(kāi)路點(diǎn)；中心點(diǎn)處有實(shí)軸左端點(diǎn)為短路點(diǎn)，右端點(diǎn)為開(kāi)路點(diǎn)；中心點(diǎn)處有r=1、x=0，是匹配點(diǎn)；是匹配點(diǎn)；在傳輸線上由負(fù)載向電源方向移動(dòng)時(shí)，在圓圖上應(yīng)順時(shí)針旋在傳輸線上由負(fù)載向電源方向移動(dòng)時(shí)，在圓圖上應(yīng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；反之，由電源向負(fù)載方向移動(dòng)時(shí)，應(yīng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)；反之，由電源向負(fù)載方向移動(dòng)時(shí)，應(yīng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。4.導(dǎo)納圓圖導(dǎo)納圓圖 有時(shí)為了分析問(wèn)題方便，需要用到導(dǎo)納圓圖。有時(shí)為了分析問(wèn)題方便，需要用到導(dǎo)納圓圖。 實(shí)際上實(shí)際上由無(wú)耗傳輸線的由無(wú)耗傳輸線的 4的阻抗變換特性，將的阻抗變換特性，將整個(gè)阻抗圓圖旋轉(zhuǎn)整個(gè)阻抗圓圖旋轉(zhuǎn)180 即得到導(dǎo)納圓圖。即

15、得到導(dǎo)納圓圖。 阻抗圓圖變?yōu)閷?dǎo)納圓圖并不需要對(duì)圓圖作任何阻抗圓圖變?yōu)閷?dǎo)納圓圖并不需要對(duì)圓圖作任何修正，且保留了圓圖上的所有已標(biāo)注好的數(shù)字。修正，且保留了圓圖上的所有已標(biāo)注好的數(shù)字。 由于阻抗與導(dǎo)納是倒數(shù)的關(guān)系。由于阻抗與導(dǎo)納是倒數(shù)的關(guān)系。 AB 作 變換在圓圖上的表示導(dǎo)納圓圖導(dǎo)納圓圖上的重要點(diǎn)、線、面上的重要點(diǎn)、線、面 g=1的電導(dǎo)圓的電導(dǎo)圓短路點(diǎn)短路點(diǎn)開(kāi)路點(diǎn)開(kāi)路點(diǎn)匹配點(diǎn)匹配點(diǎn)純電導(dǎo)線純電導(dǎo)線純電抗圓純電抗圓b=-1電納圓弧電納圓弧b=+1電納圓弧電納圓弧上半圓電容性上半圓電容性下半圓電感性下半圓電感性例例1-6已知傳輸線的特性阻抗已知傳輸線的特性阻抗Z0=50 。假設(shè)傳輸線的負(fù)載假設(shè)傳輸線的

16、負(fù)載阻抗為阻抗為Zl=25+j25 ，求離負(fù)載，求離負(fù)載z=0.2 處的處的等效阻抗等效阻抗。n解：解：先求出歸一化負(fù)載阻抗先求出歸一化負(fù)載阻抗0.5+j0.5，在圓圖上找出與此相對(duì)應(yīng)的在圓圖上找出與此相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)點(diǎn)P1，以圓圖中心點(diǎn)，以圓圖中心點(diǎn)O為中心、以為中心、以O(shè)P1為半徑，順時(shí)針（向電源為半徑，順時(shí)針（向電源方向）旋轉(zhuǎn)方向）旋轉(zhuǎn)0.2 到達(dá)點(diǎn)到達(dá)點(diǎn)P2，查出，查出P2點(diǎn)的歸一化阻抗點(diǎn)的歸一化阻抗2 j1.04，將將其乘以特性阻抗即可得到其乘以特性阻抗即可得到z=0.2 處的等效阻抗為處的等效阻抗為100 j52( ) 阻抗歸一阻抗歸一尋找位置尋找位置 相應(yīng)旋轉(zhuǎn)相應(yīng)旋轉(zhuǎn)阻抗反歸一阻抗反歸

17、一例例1-7在特性阻抗在特性阻抗Z0=50 的無(wú)耗傳輸線上測(cè)得駐波比的無(wú)耗傳輸線上測(cè)得駐波比 =5，電壓最小點(diǎn)出現(xiàn)在，電壓最小點(diǎn)出現(xiàn)在z= /3 處，求負(fù)載阻抗。處，求負(fù)載阻抗。 電壓波節(jié)點(diǎn)處等效阻抗為一純電阻電壓波節(jié)點(diǎn)處等效阻抗為一純電阻rmin= K=1/ =0.2 ，此點(diǎn)落在此點(diǎn)落在圓圖的左半實(shí)軸上，從圓圖的左半實(shí)軸上，從rmin=0.2點(diǎn)沿等點(diǎn)沿等 的圓反時(shí)針（向負(fù)載方的圓反時(shí)針（向負(fù)載方向）轉(zhuǎn)向）轉(zhuǎn) /3 ，得到歸一化負(fù)載為，得到歸一化負(fù)載為0.77+j1.48，故負(fù)載阻抗為故負(fù)載阻抗為 Zl=(0.77+j1.48) 50=38.5+j74( ) n解：解：例例1-8設(shè)一負(fù)載阻抗為

18、設(shè)一負(fù)載阻抗為Zl=100+j50 接入特性阻抗為接入特性阻抗為Z0=50 的的傳輸傳輸線上線上。要用支節(jié)調(diào)配法實(shí)現(xiàn)負(fù)載與傳輸線匹配，試用要用支節(jié)調(diào)配法實(shí)現(xiàn)負(fù)載與傳輸線匹配，試用Smith圓圖求圓圖求支節(jié)的長(zhǎng)度及離負(fù)載的距離。支節(jié)的長(zhǎng)度及離負(fù)載的距離。解：解：首先在圓圖上找到與歸一化阻抗首先在圓圖上找到與歸一化阻抗2+j相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)P1其歸一化導(dǎo)納即為其歸一化導(dǎo)納即為0.4-j0.2，在圓圖上體現(xiàn)為由在圓圖上體現(xiàn)為由P1點(diǎn)變到中心對(duì)稱點(diǎn)變到中心對(duì)稱的的P2點(diǎn)，點(diǎn)， P2點(diǎn)對(duì)應(yīng)的向電源方向的電長(zhǎng)度為點(diǎn)對(duì)應(yīng)的向電源方向的電長(zhǎng)度為0.463 。0.463將將P2點(diǎn)沿等點(diǎn)沿等l圓順時(shí)針旋轉(zhuǎn)與的

19、電導(dǎo)圓交于圓順時(shí)針旋轉(zhuǎn)與的電導(dǎo)圓交于A點(diǎn)點(diǎn)B 點(diǎn)點(diǎn)AB A點(diǎn)的導(dǎo)納為點(diǎn)的導(dǎo)納為1+j1，對(duì)應(yīng)的電長(zhǎng)度為對(duì)應(yīng)的電長(zhǎng)度為0.159，B點(diǎn)的導(dǎo)納為點(diǎn)的導(dǎo)納為1-j1，對(duì)應(yīng)的電長(zhǎng)度為對(duì)應(yīng)的電長(zhǎng)度為0.338。 （1）支節(jié)離負(fù)載的距離為）支節(jié)離負(fù)載的距離為 d=0.037 +0.159 =0.196 d = 0.037 +0.338 =0.375 （2）短路支節(jié)的長(zhǎng)度：短路支節(jié)對(duì)應(yīng)的歸一化導(dǎo)納為）短路支節(jié)的長(zhǎng)度：短路支節(jié)對(duì)應(yīng)的歸一化導(dǎo)納為0 j1和和0+j1，分別與分別與1+j1和和1-j1中的虛部相抵消。由于短路支節(jié)負(fù)載為短路中的虛部相抵消。由于短路支節(jié)負(fù)載為短路，對(duì)應(yīng)導(dǎo)納圓圖的右端點(diǎn)。，對(duì)應(yīng)導(dǎo)納圓圖

20、的右端點(diǎn)。 將短路點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至純電納圓（單位圓）與將短路點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至純電納圓（單位圓）與b= 1和和b=1的交點(diǎn)的交點(diǎn)A,B，旋轉(zhuǎn)的長(zhǎng)度分別為：旋轉(zhuǎn)的長(zhǎng)度分別為： l= =0.375 0.25 = 0.125 l = 0.125 +0.25 =0.375 因此，從以上分析可以得到兩組答案，它們分別是因此，從以上分析可以得到兩組答案，它們分別是 d=0.196 ,，l= 0.125 和和d =0.375 ，l = 0.375 與用公式與用公式（1-5-21）和）和(1-5-22)算出的結(jié)果相同。算出的結(jié)果相同。1.7 同軸線的特性阻抗同軸線的特性阻抗 n同軸線同軸線(coaxial line

21、s)是常用的是常用的TEM傳輸線，是典型的傳輸線，是典型的雙導(dǎo)體傳輸系統(tǒng)，其外形結(jié)構(gòu)雙導(dǎo)體傳輸系統(tǒng)，其外形結(jié)構(gòu) n本節(jié)要點(diǎn)本節(jié)要點(diǎn)n同軸線的分類同軸線的分類n同軸線的同軸線的特性阻抗及應(yīng)用特性阻抗及應(yīng)用1. 同軸線的分類同軸線的分類 硬同軸線是由圓柱形銅棒作內(nèi)導(dǎo)體，同心的銅管硬同軸線是由圓柱形銅棒作內(nèi)導(dǎo)體，同心的銅管作外導(dǎo)體，內(nèi)外導(dǎo)體間用介質(zhì)支撐，這種同軸線作外導(dǎo)體，內(nèi)外導(dǎo)體間用介質(zhì)支撐，這種同軸線也稱為同軸波導(dǎo)。也稱為同軸波導(dǎo)。 軟同軸線的內(nèi)導(dǎo)體一般采用多股銅絲，外導(dǎo)體是軟同軸線的內(nèi)導(dǎo)體一般采用多股銅絲，外導(dǎo)體是銅絲網(wǎng)，在內(nèi)外導(dǎo)體間用介質(zhì)填充，外導(dǎo)體網(wǎng)外銅絲網(wǎng)，在內(nèi)外導(dǎo)體間用介質(zhì)填充，外導(dǎo)體

22、網(wǎng)外有一層橡膠保護(hù)殼，這種同軸線又稱為同軸電纜。有一層橡膠保護(hù)殼，這種同軸線又稱為同軸電纜。2. 同軸線的同軸線的特性阻抗特性阻抗 同軸線的內(nèi)外導(dǎo)體的半徑分別為同軸線的內(nèi)外導(dǎo)體的半徑分別為a和和b，在內(nèi)外在內(nèi)外導(dǎo)體間用介電常數(shù)為導(dǎo)體間用介電常數(shù)為 介質(zhì)填充，其單位長(zhǎng)分布介質(zhì)填充，其單位長(zhǎng)分布電容和單位長(zhǎng)分布電感分別為：電容和單位長(zhǎng)分布電感分別為：)/ln(2abL)/ln(2abC其其特性阻抗特性阻抗為為2)/ln(0abCLZ3. 同軸線的傳輸功率同軸線的傳輸功率 設(shè)同軸線的外導(dǎo)體接地，內(nèi)導(dǎo)體上傳輸電壓為設(shè)同軸線的外導(dǎo)體接地，內(nèi)導(dǎo)體上傳輸電壓為U(z)，取傳播方向?yàn)槿鞑シ较驗(yàn)? +z，傳播

23、常數(shù)為傳播常數(shù)為 ，則線上電壓為：，則線上電壓為：zUzUj0e)(線上電流為線上電流為 zabUZzUzIj00e)/ln(/2)()(傳輸功率為傳輸功率為 )/ln(/Re2120abUUIP同軸線外半徑同軸線外半徑b不變時(shí)，改變內(nèi)半徑不變時(shí)，改變內(nèi)半徑a，分別達(dá)到分別達(dá)到耐壓最高、傳耐壓最高、傳輸功率最大及衰減最小輸功率最大及衰減最小三種狀態(tài)。三種狀態(tài)。n上上式中的式中的U0為擊穿電壓時(shí)，計(jì)算所得功率即為功率容量。為擊穿電壓時(shí)，計(jì)算所得功率即為功率容量。 設(shè)外導(dǎo)體接地，內(nèi)導(dǎo)體接上電壓為設(shè)外導(dǎo)體接地，內(nèi)導(dǎo)體接上電壓為Um ，則內(nèi)導(dǎo)體表，則內(nèi)導(dǎo)體表面的電場(chǎng)為面的電場(chǎng)為 (1)(1)耐壓最高耐

24、壓最高時(shí)的阻抗特性時(shí)的阻抗特性)/(lnabxxaUEmaxxbEabaEUln)/ln(maxmaxmax0ddmaxxU令可得可得 x=2.72此時(shí)同軸線的特性阻抗為：此時(shí)同軸線的特性阻抗為： )2/(/0Z當(dāng)同軸線中填充空氣時(shí)，相應(yīng)于當(dāng)同軸線中填充空氣時(shí)，相應(yīng)于耐壓最大時(shí)的特性阻抗為耐壓最大時(shí)的特性阻抗為60 n為達(dá)到耐壓最大，設(shè)取介質(zhì)的極限擊穿電場(chǎng)，即，為達(dá)到耐壓最大，設(shè)取介質(zhì)的極限擊穿電場(chǎng)，即， 限制傳輸功率的因素也是內(nèi)導(dǎo)體的表面電場(chǎng)，因此限制傳輸功率的因素也是內(nèi)導(dǎo)體的表面電場(chǎng)，因此 22max22max2maxln/ln/xxEbabEaPP0ddmaxxP令可得可得 x=1.65此時(shí)同軸線的特性阻抗為：此時(shí)同軸線的特性阻抗為： )4/(/0Z當(dāng)同軸線中填充空氣時(shí)，相應(yīng)于當(dāng)同軸線中填充空氣時(shí)，相應(yīng)于傳輸功率最大時(shí)的特性阻抗為傳輸功率最大時(shí)的特性阻抗為30 (2) 傳輸功率傳輸功率最大時(shí)的特性阻抗最大時(shí)的特性阻抗 我們只考慮導(dǎo)體損耗的情形。我們只考慮導(dǎo)體損耗的情形。設(shè)設(shè)R為同軸線單位長(zhǎng)電阻，而導(dǎo)體的表面電阻為為同軸線單位長(zhǎng)電阻，而導(dǎo)體的表面電阻為Rs，兩者兩者之間的關(guān)系為：之間的關(guān)系為： 導(dǎo)體衰減常數(shù)為導(dǎo)體衰減常數(shù)為)2121(baRRs)1 (ln/2)11()/ln(/220