第2章 金属传输线理论.

《第2章 金属传输线理论.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2章 金属传输线理论.（118页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、第二章 金属传输线理论内容提要n2.1 常用传输线及应用常用传输线及应用 n2.2 传输线常用分析方法及电参数传输线常用分析方法及电参数n2.3 传输线方程及其解传输线方程及其解 n2.4 传输线的基本特性参数传输线的基本特性参数n2.5 传输线的工作状态传输线的工作状态本章要点n金属传输线分类（TEM波，TE、TM波）、使用频段和用途n传输线的长线和短线，集总与分布参数（一次参数）概念以及物理意义n均匀传输线的方程推导思路，其稳态解的分析n均匀传输线的二次参数、 、和Zc的物理意义,在不同频率下的特性n相速度和群速度概念及区别n传输线（对称电缆线）的特性阻抗ZC匹配、失配状态n串音、串音衰减

2、和串音防卫度定义，物理意义 第二章第二章 金属传输线理论金属传输线理论 2.1常用传输线及其应用 2.1.1传输线的定义n广义：能够引导电磁波能量沿着一定方向传输的介质。广义：能够引导电磁波能量沿着一定方向传输的介质。n狭义：一种线状结构的介质，且其横向尺寸远小于工作狭义：一种线状结构的介质，且其横向尺寸远小于工作波长波长n金属传输线要求？金属传输线要求？传输效率要尽可能高即传输损耗要尽可能小、带宽要传输效率要尽可能高即传输损耗要尽可能小、带宽要尽可能宽、工作特性稳定、成本低。尽可能宽、工作特性稳定、成本低。n金属传输线在不同频率范围内使用时，其传输金属传输线在不同频率范围内使用时，其传输特性

3、不同，需要分别采用不同种类的传输线来特性不同，需要分别采用不同种类的传输线来适应不同场合。适应不同场合。n任何一种传输线，其信号能量的传播都是以电任何一种传输线，其信号能量的传播都是以电磁波的形式进行的。磁波的形式进行的。n电磁波的波型又称为电磁波的波型又称为模式模式，是指能够独立存在，是指能够独立存在的一种电磁波分布或电磁场结构。的一种电磁波分布或电磁场结构。平面波的电磁波型分类：nTE波波：横电波，这种波的：横电波，这种波的Ez=0，其电场分量都其电场分量都在横截面上，但有在横截面上，但有Hz0。nTM波波：横磁波，这种波的：横磁波，这种波的Hz=0，其磁场分量都，其磁场分量都在横截面上，

4、但有在横截面上，但有Ez0。nTEM波波：横电磁波，即无：横电磁波，即无Ez分量又无分量又无Hz分量。分量。电场、磁场分量都在横截面上。电场、磁场分量都在横截面上。2.1.2金属传输线分类、使用频段和用途 按传输导行电磁波（导波）分类：1.TEM模模(波波) (含准含准TEM模传输线模传输线)金属传输线金属传输线 有平行双导线、同轴线、微带传输线等。如图2.1所示.金属传输线的种类:(a)平行双导线，(b)同轴线(c)带状线，(d)微带(e)矩形波导(f）圆形波导，（g）脊形波导，（h）椭圆波导（1）平行双导线是最简单的）平行双导线是最简单的TEM波线波线 平行双导线特点：随着传输平行双导线特

5、点：随着传输TEM波的频率增高时，波的频率增高时，辐射损耗会急剧增加。该传输线只适合于辐射损耗会急剧增加。该传输线只适合于千米波、千米波、米波的低频段米波的低频段。（2）同轴线：可消除电磁辐射，用于）同轴线：可消除电磁辐射，用于分米波的高分米波的高频段至频段至10厘米波段厘米波段。主要优点是工作频带宽，适合。主要优点是工作频带宽，适合频带较宽的信号传送。（也传输频带较宽的信号传送。（也传输TE、TM波）波）（3）带状线：由双接地板中间夹有一导体带构）带状线：由双接地板中间夹有一导体带构成，导体带与双接地板之间是固体介质或空气。成，导体带与双接地板之间是固体介质或空气。带状线可以看成由同轴线演变

6、而来，适合做带状线可以看成由同轴线演变而来，适合做1GHz以上的高性能无源带状元件，如滤波器、以上的高性能无源带状元件，如滤波器、耦合器等。耦合器等。同轴线到带状线的演变同轴线到带状线的演变 （4）微带传输线：是微波集成电路的主要组成部）微带传输线：是微波集成电路的主要组成部分，分，微带线它由介质基片上的导体带与底面上金微带线它由介质基片上的导体带与底面上金属接地板构成。它也可以看成由平行双导线演变属接地板构成。它也可以看成由平行双导线演变而来。而来。广泛用于广泛用于1GHz以上制作各种集成微波元器以上制作各种集成微波元器件。件。 平行双导线向微带的演变平行双导线向微带的演变 2.传输传输TE

7、模模(波波)和和TM模模(波波)的的金属波导传输线金属波导传输线n传输线有：矩形波导、圆波导、椭圆波导、脊形波导等 n特点特点:金属波导传输线是将电磁波束缚在管内传输的。n适用于高频（厘米、分米波段）传输金属波导作为传输线金属波导作为传输线: :q 因电磁波全封闭金属波导管内，则其辐射极微。因电磁波全封闭金属波导管内，则其辐射极微。q 因波导是空心的没有内导体，波导的击穿强度很高，因波导是空心的没有内导体，波导的击穿强度很高，可传大功率微波信号。可传大功率微波信号。q 波导壁面积大，高频电流的趋表面热损耗小。波导壁面积大，高频电流的趋表面热损耗小。q 在平行双导线中传输的行波属于在平行双导线中

8、传输的行波属于TEM波，而波，而在金属波导中不存在在金属波导中不存在TEM波，只需讨论波，只需讨论TE、TM波。波。q 同轴线对在低频时传输的波是同轴线对在低频时传输的波是TEM波，在高波，在高频时既有频时既有TEM波又有波又有TE和和TM波。波。q 带状线、微带线传输的主模是带状线、微带线传输的主模是TEM波，同样波，同样还有还有TE、TM波存在。波存在。本章主要讨论平行双导线和同轴线的传输特性。本章主要讨论平行双导线和同轴线的传输特性。自学2.1.22.1.4了解各种电缆的基本特点和简单应用。理解几种应用的结构图。2.2 传输线常用分析方法及电参数传输线常用分析方法及电参数n2.2.1分析

9、方法的讨论 分析电信号沿传输线中行进的传输特性时，通常有两种方法可供使用：q电路分析理论q电磁场理论电路分析理论法电路分析理论法，指的是把传播电信号的传输线，指的是把传播电信号的传输线看成是由一系列的电阻看成是由一系列的电阻R、电感、电感L、电容、电容C和电导和电导G串、并联等效电路组成的。串、并联等效电路组成的。通过基尔霍夫定律可较准确地列出传输线上任意通过基尔霍夫定律可较准确地列出传输线上任意一点的一点的V和和I的表达式。的表达式。分析方法易于理解分析方法易于理解在频率较低的情况下，结论能满足工程上的要求。在频率较低的情况下，结论能满足工程上的要求。 电磁场理论分析法电磁场理论分析法通过麦

10、克斯韦方程和边界条件严密分析，可得到通过麦克斯韦方程和边界条件严密分析，可得到E、H的表达式，从中推断出信号沿波导传输的规的表达式，从中推断出信号沿波导传输的规律。律。 2.2.2长线与短线的概念长线与短线的概念长线与短线是长线与短线是传输线的几何长度相对于工作波传输线的几何长度相对于工作波长段中最小的波长长段中最小的波长min而言的而言的。n若若Lmin/100则称为则称为长线长线工作状态，主要考虑工作状态，主要考虑分布参数。分布参数。n若若Lmin/100则称为则称为短线短线工作状态，主要考虑工作状态，主要考虑集总参数。集总参数。长线并不意味着传输线的几何长度长线并不意味着传输线的几何长度

11、L很长。很长。若工作在微米波段时，传输线长度为分米时，即可若工作在微米波段时，传输线长度为分米时，即可称为长线。相反称为长线。相反，输送市电的电力线输送市电的电力线,其工作频率为其工作频率为50Hz，相当于波长为，相当于波长为6000千米千米,即使传输线长度几千即使传输线长度几千米以上米以上,仍然不能称为长线。仍然不能称为长线。 为什么要定义长线和短线？！2.2.3集总参数与分布参数电路理论 1.集总参数电路理论 n一个工作在低频的传输线，可以认为传输线上所有的电场一个工作在低频的传输线，可以认为传输线上所有的电场能集中在一个电容器能集中在一个电容器C中，磁场能集中在一个电感器中，磁场能集中在