微波技术基础(微波技术与天线)第1章ppt课件.ppt

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1、第一章均匀传输线理论1.1节均匀传输线方程及其解1.2节传输线的阻抗与状态参量1.3节无耗传输线的状态分析1.4节传输线的传输功率、效率与损耗1.5节阻抗匹配1.6节史密斯圆图及其应用1.7节同轴线的特性阻抗传输线分类均匀传输线等效及传输线方程传输线方程解的分析本节要点1.1均匀传输线方程及其解1.微波传输线定义及分类第一类是双导体传输线，它由二根或二根以上平行导体构成，因其传输的电磁波是横电磁波（TEM波）或准TEM波，故又称为TEM波传输线，主要包括平行双线、同轴线、带状线和微带线等。微波传输线是用以传输微波信息和能量的各种形式的传输系统的总称，它的作

2、用是引导电磁波沿一定方向传输，因此又称为导波系统。第二类是均匀填充介质的金属波导管，因电磁波在管内传播，故称为波导，主要包括矩形波导、圆波导、脊形波导和椭圆波导等。第三类是介质传输线，因电磁波沿传输线表面传播，故称为表面波波导，主要包括介质波导、镜像线和单根表面波传输线等。2.均匀传输线方程当高频电流通过传输线时，在传输线上：导线将产生热耗，这表明导线具有分布电阻；在周围产生磁场，即导线存在分布电感；由于导线间绝缘不完善而存在漏电流，表明沿线各处有分布电导；两导线间存在电压，其间有电场，导线间存在分布电容。这四个分布元件分别用单位长分布电阻、漏电导、电感和

3、电容描述。设时刻t在离传输线终端z处的电压和电流分别为u(z,t)和i(z,t)，而在位置z+z处的电压和电流分别为u(z+z,t)和i(z+z,t)其上任意微分小段等效为由电阻Rz、电感Lz、电容Cz和漏电导Gz组成的网络。设传输线始端接信号源，终端接负载，坐标如图所示。zz+zzz0i(z+z,t)i(z,t)u(z+z,t)u(z,t)RzLzGzCzzz+z对于角频率为的正弦电源，传输线方程为将上式整理，并忽略高阶小量，可得：对很小的z，应用基尔霍夫定律，有：3.传输线方程的解为积分常数，由边界条件决定21,AA将

4、传输线方程整理得其中通解为因此，只要已知终端负载电压Ul、电流Il及传输线特性参数、Z0，则传输线上任意一点的电压和电流就可求得。传输线的边界条件通常有以下三种已知始端电压和始端电流Ui、Ii已知终端电压和终端电流Ul、Il已知信号源电动势Eg和内阻Zg以及负载阻抗Zl。以第二种边界条件为例，传输线上任一点的电压、电流4.传输线方程解的分析令，且假设A1、A2、Z0均为实数，并考虑时间因子，传输线上的电压和电流的瞬时值表达式为：行波在传播过程中其幅度按衰减，称为衰减常数。而相位随z连续滞后，故称为相位常数。结论传输线上任意点上的电压和电流都由二部分组成，在

5、任一点处电压或电流均由沿-z方向传播的入射波和沿+z方向传播的反射波叠加而成。不管是入射波还是反射波，它们都是行波。当损耗很小时，即当时，特性阻抗为(1)特性阻抗——传输线上行波的电压与电流的比值它通常是个复数，且与工作频率有关。特性阻抗由传输线自身分布参数决定，而与负载及信号源无关，故称为“特性阻抗”。对于均匀无耗传输线此时，特性阻抗为实数，且与频率无关。可见，损耗很小时传输线的特性阻抗近似为实数。5.传输线的工作特性参数(2)传播常数(propagationconstant)对于无耗传输线，，此时（）传播常数由衰减常数和相位常数构成，表达式为传播常数一

6、般为复数。可见，传播常数为纯虚数。对于损耗很小的传输线，其衰减常数和相位常数分别为(3)相速与传输线波长相速(phasevelocity)—传输线上行波等相位面沿传输方向的传播速度。其表达式为传输线上波长(wavelength)与自由空间的波长有以下关系：其中，为传输线周围填充介质的相对介电常数。均匀无耗传输线上的导行波为无色散波，有耗线的波为色散波。1.2传输线的阻抗与状态参量本节要点：输入阻抗状态参量阻抗与状态参量的关系传输线上任意一点电压与电流之比称为阻抗，它与导波系统的状态特性密不可分。微波阻抗是不能直接测量的，只能借助于状态参量的测量而获得。1.

7、输入阻抗(inputimpedance)输入阻抗—传输线上任意一点处的电压和电流之比值均匀无耗传输线的输入阻抗为结论均匀无耗传输线上任意一点的输入阻抗与观察点的位置、传输线的特性阻抗、终端负载阻抗及工作频率有关，且一般为复数，故不宜直接测量。由于tan(z+/2)=tan(z)，所以Zin(z+/2)=Zin(z)，即传输线上的阻抗具有/2的周期性。[例1-1]一根特性阻抗为50、长度为0.1875m的无耗均匀线，其工作频率为200MHz，终端接有负载Zl=40+j30，试求其输入阻抗。解：工作频率f=200MHz，故相移常数=2f/c=

8、4/3,由于Zl=40+j30、Z0=50、z=l=0.18