第一章微波傳輸線理論ppt課件

1、微波傳輸線理論西安電子科技大學(xué)王 家 禮 微波傳輸線理論l第一章 微波傳輸線理論長線理論簡介l 微波傳輸線引導(dǎo)微波能量傳輸?shù)难b置稱為微波傳輸線。l 微波傳輸線可分為以下幾種：同軸傳輸線、金屬波導(dǎo)傳輸線、介質(zhì)波導(dǎo)傳輸線、帶狀線、微帶線、共面線、鰭線等。l 對于微波有源電子線路來說主要應(yīng)用微帶線、共面線等便于集成的傳輸線。 微波傳輸線理論l 描繪微波傳輸線自身的特性的理論稱為傳輸線理論，也稱為長線理論。l 傳輸線理論為什么又叫長線理論呢？衡量傳輸線的長度我們是以電長度為尺度的，所謂電 l 長度即 ， 是在傳輸線里電磁波的波長，是傳輸線實(shí)際的長度。當(dāng) 1時(shí)稱為短線，l 而 不滿足上述條件時(shí)稱為長線，

2、兩者有實(shí)質(zhì)的區(qū)別。如：我們所用的市電頻率為50Hz，其l 波長為61E6米，假設(shè)一個(gè)長度為6千米的平行雙導(dǎo)線，其實(shí)際長度是很長了，而其電長度為 l 0.001是很短的，可以看成是一個(gè)點(diǎn)。再如頻率為5GHz的電磁波在TEM傳輸線里傳輸時(shí)其波長為l 6cm,假設(shè)一個(gè)長度為6cm的同軸線其實(shí)際長度是很短了，而其電長度為1.0,也就是說實(shí)際的長度可l 以和波長相比較，稱為長線。在傳輸線上電場、磁場分布是不同的，從等效電路上看，短線可以l 用集中元件電阻、電感、電容來表示，而長線必需用分布參數(shù)元件來表示。 ggllglgll00YvdzdiZidzdv00222222idzidvdzvd 第一式對z再求

3、導(dǎo)一次把第二式代入可得以下結(jié)果11LjRZ11CjGY)(1111CjGLjRZY 式中；, , 其解為；zzzzzzeIeIeVeVZzIeVeVzV)(1)()(0djeZIVV2022 djeZIVV2022)(0202)(0202)(202)(20222)(22)(zdzdzdzdeZIZVeZIZVzIeIZVeIZVzVj zz zjzjzjzjeZIZVeZIZVzIeIZVeIZVzV02020202)20220222)(22)(zIzZVjzIzIjZzVzVcossin)(sincos)(202202 2200cossin1sincos)()(IVzzZjzjZzzIzV波

4、導(dǎo)波長為； 1、傳輸線上任意一點(diǎn)的電壓和電流是由入射波電壓電流和反射波電壓電流的疊加。 2、特性阻抗時(shí)由入射波電壓與入射波電流之比定義的。他反映了傳輸線自身的特性，與入射波電壓與入射波電流的大小無關(guān)。110CLIVIVZ 3、傳輸線上電磁波的傳輸速度為 pv 1111CLvpTEM波的傳輸速度Tvfvppg24 4、傳輸線上任意點(diǎn)阻抗；、傳輸線上任意點(diǎn)阻抗；zIzVZjzZjIzVzIzVzZcossin1sincos)()()(220022因?yàn)?2IZVL所以zjZZzjZZZzZLLtantan)(000tantan)tan()tan()(000000LLzLzLinjZZjZZZzkjZ

5、ZzkjZZZzZ假如 ， ，那么 ，說明四分之一波長具有阻抗變換作用。假如傳輸線的長度為 ， ，那么 ，說明二分之一波長具有阻抗反復(fù)性。2244gz 4gz LinZZZ20 2gz 222gz LinZZ4 4、反射系數(shù)的定義；、反射系數(shù)的定義；)()()()()(zIzIzVzVz ljLLLLeZZZZZIVZIVZIVZIVVV0002202202202222)0()0()0(終端反射系數(shù))2()(zjLzjzjeeVeVz傳輸線上任意點(diǎn)反射系數(shù)的模不變，相角在變化。0LZ LZ jXZL0ZZL jXRZL1L 1L 1L 0L jLe5、輸入阻抗與反射系數(shù)的關(guān)系；、輸入阻抗與反射

6、系數(shù)的關(guān)系；tan1tan)tan(1)tan()tan()tan()(00LLzLzLzLzLinjZjZzkZzkjZzkjZZzkjZZzZ)(1)(1)(zzzZ)(1)(1)(0zzZzZ1)(1)()()()(00zZzZZzZZzZz三無耗傳輸線工作狀態(tài)的分析 1、行波狀態(tài)無反射狀態(tài) 知 ，當(dāng) ，那么 ，即負(fù)載匹配。此時(shí)傳輸線上只存在入射波電壓和入射波電流。ljLLLLeZZZZ00 0ZZL 0L)(0)(0ztjztjeIIeVV )cos()()cos()(00ztItiztVtv 0)(ZzZin2、駐波狀態(tài)全反射狀態(tài) 1終端短路 ， 。0LZ1LzZVzIzVjzVco

7、s2)(sin2)(0zjZzZtan)(00maxmin20ZVIV 02minmaxIVV電壓駐波幅度隨時(shí)間的變化2終端開路 ， 。LZ1LzZVjzIzVzVsin2)(cos2)(0 zjZzZcot)(00maxmin20ZVIV 02minmaxIVV電壓駐波幅度隨時(shí)間的變化3終端接純電抗元件 ， 。jXZLjLe)arctan(20ZXlLgL )cot(20ZXarclCgC 4、終端接任意負(fù)載行駐波狀態(tài) ， ， 。jXRZL1LjLLeljLLLLLLLLLLLLLeXXRZXjXXRXZRZZZZ22022220200)(2)(220220)()(LLLLLXZRXZR )

8、2arctan(20220ZXRZXLLLzVeVeVeVeVeVzVzjzjzjzjzjcos2)1 ()(這說明波在終端產(chǎn)生部分反射，在傳輸線上形成行駐波，此時(shí)傳輸線上的電壓波為)1 ()()()()1 ()()()()2()2(ZjLzjzjLzjLLeeIzIzIzIeeVzVzVzV02zL 1802zL)1 ()1 (minmaxIIVV )1 ()1 (maxminIIVV42maxgLLd 4442minggLgLd42mingLLd 4442maxggLgLd例1：求如下圖電路的輸入阻抗駐波系數(shù)的定義；minmaxVV11 11解:482ggl 87.36)21arctan(

9、)12arctan(212tantan00000jLLineZjjZjZZjZZZZ例2：求如下圖電路的輸入阻抗和反射系數(shù)4g例3：求如下圖電路的輸入阻抗和反射系數(shù)例4：求如下圖電路的輸入阻抗和反射系數(shù)例5：證明長度為二分之一波長的兩端短路無耗傳輸線不論信號從線上哪一點(diǎn)饋入，均對信號頻率呈現(xiàn)并聯(lián)諧振。證明：aaaainZZZZZ inZ0 aaZZ)2tan()2tan()2(2tan(000ggggadjZdjZdjZZ)2tan(0gadjZZ 0)2tan()2tan(00 ggaadjZdjZZZ aaaainZZZZZ例6：畫出以下圖電路沿傳輸線電壓、電流和阻抗的分布圖，并求出最大值

10、個(gè)最小值。解：首先把電路化簡如以下圖形式，求出AZZEIAingA1 VZIVAinAA450 0A 電阻R的電壓和流過電阻R的電流VVVBB450 AIB5 . 0由于傳輸線 傳輸?shù)男胁ㄋ訠點(diǎn)的電壓和電流BBAAAIB1 VVB450傳輸線 輸入端B的電壓和電流電阻R的電壓和流過電阻R的電流CCBBVVVBB450 AIB5 . 0 傳輸線 輸入端B點(diǎn)的反射系數(shù)和駐波系數(shù)CCBB2 . 060040060040000ZZZZLLB5 . 111BB VVVBC300 AZVILCC75. 0400300由于傳輸線 的特性阻抗大于終端負(fù)載阻抗純阻性，終端電壓為最小值CCBB將 r 的表達(dá)式和

11、 x 的表達(dá)式整理為如下形式；以上兩式說明歸一化電阻和歸一化電抗在反射系數(shù) 平面上的軌跡是一個(gè)圓這樣我們就可以獲得阻抗圓圖。222)11()1(rrrIR222)1()1() 1(xxIR 四阻抗圓圖Smith圓圖IRIRjjjxrZ1111IRj2222)1 (1IRIRr22)1 (2IRIx)2()(zjLez紅線對應(yīng)反射系數(shù)園綠線對應(yīng)電阻園黑線對應(yīng)電抗園222)11()1(rrrIR紅線對應(yīng)反射系數(shù)園綠線對應(yīng)電阻園黑線對應(yīng)電抗園222)1()1() 1(xxIR紅線對應(yīng)反射系數(shù)園綠線對應(yīng)電阻園黑線對應(yīng)電抗園A點(diǎn)阻抗為零是短路點(diǎn)B點(diǎn)阻抗為無限大是開路點(diǎn)O點(diǎn)阻抗為1是匹配點(diǎn)OB實(shí)軸歸一化電

12、阻大于 1對應(yīng)為駐波系數(shù)，此位置呈現(xiàn)電壓最大值A(chǔ)O實(shí)軸歸一化電阻小于 1對應(yīng)為行波系數(shù)，此位置呈現(xiàn)電壓最小值上半平面電抗大于零是電感性下半平面電抗小于零是電容性紅線對應(yīng)反射系數(shù)綠線對應(yīng)電阻園黑線對應(yīng)電抗園阻抗圓圖阻抗圓圖導(dǎo)納圓圖導(dǎo)納圓圖A點(diǎn)歸一化導(dǎo)納為 零是開路點(diǎn)B點(diǎn)歸一化導(dǎo)納為 無限大是短路點(diǎn)O點(diǎn)歸一化導(dǎo)納為 1是匹配點(diǎn)OB實(shí)軸歸一化電 導(dǎo)大于 1對應(yīng)為 行波系數(shù)，此位 置呈現(xiàn)電壓最小 值A(chǔ)O實(shí)軸歸一化電 導(dǎo)小于 1對應(yīng)為 駐波系數(shù)，此位 置呈現(xiàn)電壓最大 值上半平面電納大 于零是電容性下半平面電納小 于零是電感性紅線對應(yīng)反射系數(shù)綠線對應(yīng)電導(dǎo)園黑線對應(yīng)電納園導(dǎo)納圓圖導(dǎo)納圓圖導(dǎo)抗圓圖導(dǎo)抗圓圖五阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)五阻抗匹配網(wǎng)絡(luò) 假設(shè)采用公式計(jì)算gL1212tanjjx gL222 由上式中第一式確定L1,由第二式確定L2. 假設(shè)用導(dǎo)納圓圖來求解，如以下圖所示11tan1tan1gginZjjZjxZ阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)之一阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)之一阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)之二阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)之二11tan1tanggini