傳輸線的基本理論學(xué)習(xí)課程

1、表1.1.1 微波波段的劃分波段波段波長范圍波長范圍頻率范圍頻率范圍頻段頻段亞毫米波亞毫米波0.1mm1mm300GHz3000GHz超極高頻超極高頻毫米波毫米波1mm1cm30GHz300GHz極高頻極高頻(EHF)厘米波厘米波1cm10cm3GHz30GHz超高頻超高頻(SHF)分米波分米波10cm1cm300MHz3GHz特高頻特高頻(UHF)第1頁/共105頁第一頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。表1.1.2 常用微波波段波段代號(hào)波段代號(hào)頻率范圍頻率范圍波段代號(hào)波段代號(hào)頻率范圍頻率范圍L1GHz2GHzQ33GHz50GHzS2GHz4GHzU40GHz60GHzC4GHz8GHzV5

2、0GHz75GHzX8GHz12GHzE60GHz90GHzKu12GHz18GHzW75GHz110GHzK18GHz26.5GHzF90GHz140GHzKa26.5GHz40GHzD110GHz170GHz第2頁/共105頁第二頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。表1.1.3移動(dòng)通信頻段名稱名稱頻率范圍頻率范圍2G頻率分配表頻率分配表GSM900899960MHzGSM180017101880MHzPHS(小靈通小靈通)18801930MHz3G頻率分配表頻率分配表主要工作頻段：主要工作頻段：FDD方式方式19201980MHz/21102170MHzTDD方式方式18801920MHz/

3、20102025MHz補(bǔ)充工作頻段：補(bǔ)充工作頻段：FDD方式方式17551785MHz/18501880MHzTDD方式方式23002400MHz，與無線電定位業(yè)務(wù)共作，均，與無線電定位業(yè)務(wù)共作，均為主要業(yè)務(wù)為主要業(yè)務(wù)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)工作頻段衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)工作頻段 19802010MHz/21702200MHz第3頁/共105頁第三頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。微波的特點(diǎn)： （1）似光性 反射性 -雷達(dá)系統(tǒng)-天線的接收與發(fā)射 直線傳播性和集束性 （2）穿透性 微波通信和遙感 微波生物醫(yī)學(xué) 第4頁/共105頁第四頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。（3）寬頻帶特性 （4） 熱效應(yīng) 微波爐 （

4、5）散射a. 進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別 實(shí)現(xiàn)遙感，雷達(dá)成像 b. 利用大氣對(duì)流層散射實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離微波 散射通信 （6）抗低頻干擾 第5頁/共105頁第五頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。（8）視距傳播 （9）電磁污染 與電磁兼容 天線的功能：1）能量轉(zhuǎn)換2）定向發(fā)射或接收信號(hào)第6頁/共105頁第六頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。第二章第二章 傳輸線的基本理論傳輸線的基本理論第7頁/共105頁第七頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。2.1 傳輸線方程及其解傳輸線方程及其解傳輸線有多種，如平行雙線、同軸線、微帶線、金屬波導(dǎo)管及其光導(dǎo)纖維等。下圖為一些典型傳輸線的基本結(jié)構(gòu)：第8頁/共105頁第八頁，編輯于星期日：

5、九點(diǎn) 四十五分。第9頁/共105頁第九頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。第10頁/共105頁第十頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。一些典型傳輸線的實(shí)物圖萬向旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)斜極化波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換波導(dǎo)魔T3通道波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換第11頁/共105頁第十一頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。E面彎波導(dǎo)H面彎波導(dǎo)八毫米萬向關(guān)節(jié)圓波導(dǎo)-同軸轉(zhuǎn)換器第12頁/共105頁第十二頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。波導(dǎo)（端接）同軸轉(zhuǎn)換器波導(dǎo)（端接）同軸轉(zhuǎn)換器波導(dǎo)大功率定向耦合器波導(dǎo)大功率功分器第13頁/共105頁第十三頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。波導(dǎo)隔離器波導(dǎo)固定（襯墊）衰減器波導(dǎo)隔離器波導(dǎo)功分器第14頁/共105頁第十四頁

6、，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。 傳送低頻、直流或總而言之傳送電力的傳輸線與傳送載有信號(hào)的線路的差別： 1) 前者一般是傳送單一低頻（或直流），注重其功率容量及其傳輸損耗。 2) 而用來傳輸信號(hào)的傳輸線要求適應(yīng)很高的頻率且有頻帶寬度要求，線上不同位置處電流的相位差非常明顯。第15頁/共105頁第十五頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。1、傳輸線的分布參量方程 長線幾何長度與工作波長可相比擬的傳輸線，需用分布參數(shù)電路描述 短線幾何長度與工作波長相比可以忽略的傳輸線，需用集總參數(shù)電路描述 均勻傳輸線傳輸線導(dǎo)體上存在的損耗電阻 、電感 ，導(dǎo)體間的電容 和漏電導(dǎo) 沿線均勻分布1C1R1L1G第16頁/共

7、105頁第十六頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。例：在工頻電路中，傳輸線傳輸50Hz（波長6000km）的正弦電波；在微波電路中，傳輸線傳輸5000MHz（波長6cm）的正弦信號(hào)。解： mmnHLo999. 0mmpFCo0111. 0雙線傳輸線每毫米長的分布電感每毫米長的分布電容Hzfo50時(shí)傳輸線每毫米長引入的串聯(lián)電感和并聯(lián)電納分別為：ooLLfX2mm310314ooCCfB2mmS121049. 3MHzfo5000ooLLfX2mm4 .31ooCCfB2mmS41049. 3時(shí)第17頁/共105頁第十七頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。第18頁/共105頁第十八頁，編輯于星期日：九

8、點(diǎn) 四十五分。第19頁/共105頁第十九頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。2、傳輸線的等效電路z線元 的等效電路第20頁/共105頁第二十頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。有耗線的等效電路無耗線的等效電路第21頁/共105頁第二十一頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。3、傳輸線方程應(yīng)用基爾霍夫定律（Kirchhoffs law）,得到：注: 該坐標(biāo)系是以信號(hào)源為坐標(biāo)原點(diǎn)的.第22頁/共105頁第二十二頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。均勻傳輸線方程1111( , )( , )( , )(, )( , )(, )i z tu z tRi z tLztu zz ti z tG u zz tCzt11

9、( , )( , )(, )( , )i z tu z tu zz tR zi z tL zt11(, )( , )(, )(, )u zz ti z ti zz tG zu zz tC zt11( , )( , )( , )u z ti z tRi z tLzt11( , )( , )( , )i z tu z tGu z tCzt0z電報(bào)方程正弦時(shí)變條件下傳輸線方程的解設(shè)信號(hào)源的角頻率為 ，線上的電流、電壓皆為正弦時(shí)變規(guī)律則：第23頁/共105頁第二十三頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。1111CjGYLjRZ22( )( )0d U zZYU zdz0)()(22zZYIdzzId)(R

10、e),(tjezIjttzi( , )Re( )jtu z tjU z et)(Re),(tjezItzi( , )Re ( )jtu z tU z e12( )zzU zAeAezzeBeBzI21)(通解21111()()ZYRj LGj C2121,BBAA由傳輸線的始端和終端電壓、電流值，即邊界值確定。( )( )( )( )dU zZI zdzdI zYU zdz時(shí)諧傳輸線方程傳輸線單位長度串聯(lián)阻抗傳輸線單位長并聯(lián)導(dǎo)納第24頁/共105頁第二十四頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。 由傳輸線的端接條件（即：邊界條件）確定。端接條件有三種：終端條件、始端條件、信號(hào)源和負(fù)載條件1201(

11、)1( )()zzdU zI zAeA eZdzZ jCjGLjR)(1111)(1)(210zzeAeAZzI12( )zzU zAeAe又)()(11110CjGLjRZ傳播常數(shù)波阻抗21, AA第25頁/共105頁第二十五頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。第26頁/共105頁第二十六頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。（1）終端條件（終端的電壓 和電流 已知）)(1) 0 (210AAZIIL12(0)LUUAALVLI022LLUIZA012LLUI ZA0001( )()22zzLLLLUI ZUI ZI zeeZ00( )22zzLLLLUI ZUI ZU zee0( )LLU zU

12、 chzI Z shz0( )LLUI zshz I chzZ雙曲函數(shù)形式 zzLLzzLLU zUzUzUeUeI zIzIzIeIe第27頁/共105頁第二十七頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。（2）始端條件（始端的電壓 和電流 已知）0V0I01201( )()llI lIAeAeZ012( )llU lUAeAe00012lUI ZAe00022lUI ZAe()()00000001( )()22 l z l zUI ZUI ZI zeeZ()()000000( )22 l z l zUI ZUI ZU zee第28頁/共105頁第二十八頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。（3）信號(hào)源和

13、負(fù)載條件解（已知信號(hào)源電動(dòng)勢 、內(nèi)阻抗 和負(fù)載阻抗 ）GEGZLZ(0)(0)LUZI( )( )( )GGEI lU lZI llLGlGGeeZZEZA2001112AAL00ZZZZLLL00ZZZZGGG020( )()1lzzGLlGG LZ EeU zeeZZe20( )()1lzzGLlGG LEeI zeeZZe第29頁/共105頁第二十九頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。傳輸線上單向?qū)胁ǖ碾妷号c電流之比。其導(dǎo)數(shù)稱特性導(dǎo)納用 表示。4、傳輸線的特性參數(shù)1） 特性阻抗0Y0RjLZGjC對(duì)于均勻無耗傳輸線 0RG0LZC均勻無耗傳輸線的特性阻抗為實(shí)數(shù)，與頻率無關(guān)。特性阻抗通常是

14、個(gè)復(fù)數(shù)，與工作頻率有關(guān)。0Z)()()()(0zIzUzIzUZ第30頁/共105頁第三十頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。當(dāng)損耗很小時(shí)，即,RL GC0LZC()()RjL GjCj損耗很小的傳輸線的特性阻抗近似為實(shí)數(shù)。2）傳播常數(shù) 描述傳輸線上導(dǎo)行波沿導(dǎo)波系統(tǒng)傳播過程中衰減和相移的參數(shù)。對(duì)于無耗傳輸線，0RG0 j LC第31頁/共105頁第三十一頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。對(duì)損耗很小的傳輸線,RL GC001()2RYGZj LC001()2RYGZ LC3）傳輸線上的相速 與波長pv 相速：電壓、電流入射波 （或反射波）等相位面沿傳輸線方向的傳播速度。pv無色散特性： 與 成線性

15、關(guān)系，故導(dǎo)行波的相速與頻率無關(guān)。第32頁/共105頁第三十二頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。傳輸線上的波長 與自由空間的波長 之間的關(guān)系：02prvf0色散特性：當(dāng)傳輸線有損耗時(shí)， 不再與 成線性關(guān)系，使相速 與頻率 有關(guān)。pv第33頁/共105頁第三十三頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。1）傳輸線上任一位置處的輸入阻抗）傳輸線上任一位置處的輸入阻抗當(dāng)傳輸線終端接有負(fù)載ZL時(shí)，線上任一位置處的電壓U(z)與電流I(z)之比，定義為傳輸線的輸入阻抗，記做Zin(d)。5、傳輸線的工作參數(shù)00( )cos()sin()( )cos()sin()llllU zUzjI ZzUI zIzjzZ對(duì)于均

16、勻無耗傳輸線，線上各點(diǎn)電壓U(z) 、電流I(z) 與終端電壓Ul、終端電流Il 的關(guān)系如下第34頁/共105頁第三十四頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。 000cossincossinLinLZzjZzZzZZzjZz對(duì)于均勻無損耗傳輸線：( )( )( )inU zZzI z000tantanLLZjZzZZjZzlLlUZI結(jié)論：均勻無耗傳輸線上任意一點(diǎn)的輸入阻抗與 觀察點(diǎn)的位置、傳輸線的特性阻抗、終端 負(fù)載阻抗及工作頻率有關(guān)，且一般為復(fù)數(shù)， 故不宜直接測量。對(duì)于有損耗的均勻傳輸線： 000LinLZ ch zZ sh zZzZZ ch zZ sh z第35頁/共105頁第三十五頁，編輯

17、于星期日：九點(diǎn) 四十五分。例2-1 均勻無損耗傳輸線的波阻抗 ，終端接50純阻負(fù)載，求距負(fù)載端 、 位置處的輸入阻抗。若信號(hào)源頻率分別為50MHz,100MHz，計(jì)算輸入阻抗點(diǎn)的具體位置。 解：運(yùn)用無耗傳輸線的輸入阻抗計(jì)算公式： cos sin cos sin L0in00LZzjZzZzZZzjZz 0Z75 p2p4當(dāng) 時(shí)， ，則 ：pz4 pp2z42. 22p0inLZ75Z112 54Z50第36頁/共105頁第三十六頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。當(dāng) 時(shí)， ，則 ：pz2 pp2z2pinLZZ502當(dāng)信號(hào)源頻率 時(shí)，傳輸線上的波長為 ：1f50MHz 8pp161v3 106m

18、f5010 則在傳輸線上距負(fù)載端1.5m處， ；則在傳輸線上距負(fù)載端3m處， 。 . inZ112 5 inZ50 當(dāng)信號(hào)源頻率 時(shí)，傳輸線上的波長為 ：2f100MHz 8pp262v3 103mf10010 第37頁/共105頁第三十七頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。則在傳輸線上距負(fù)載端0.75m處， ；則在傳輸線上距負(fù)載端1.5m處， 。 . inZ112 5 inZ50 2p0inLZZ4Z pinLZZ2 四分之一波長線的阻抗變換性二分之一波長線的阻抗重復(fù)性第38頁/共105頁第三十八頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。定義：終端接有負(fù)載的傳輸線上任意位置處的反射波電壓 （或電流）與

19、入射波電壓 （或電流） 之比。j( )Uz( )Uz2）電壓反射系數(shù)對(duì)均勻無耗傳輸線： 222010( )jzj zj zLljzLUzIA eZZzeeUzIAeZZ00ljLllLZZeZZ式中：終端反射系數(shù)終端反射系數(shù)的輻角第39頁/共105頁第三十九頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分?？梢姡壕鶆驘o耗傳輸線上，任意點(diǎn)反射系數(shù) 大小均相等，沿線只有相位按周期變化， 其周期為 ，即反射系數(shù)也具有 重復(fù)性。 +1( )( )( )( ) 11jzU zU zU zU zzAez +10( )( )( )( ) 11jzAI zI zI zI zzezZ任意點(diǎn)反射系數(shù)可用終端反射系數(shù)表示：(2)(

20、 )lj zlze( ) z223）輸入阻抗與反射系數(shù)的關(guān)系第40頁/共105頁第四十頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。 0( ) 1( )1( )( )( )( ) 1( )1( )inUzzzU zZzZI zIzzz 00( )( )ininZzZzZzZ還可寫成：所以，當(dāng)傳輸線特性阻抗一定時(shí)，輸入阻抗可 通過反射系數(shù)的測量來確定。4） 駐波比終端不匹配的傳輸線上各點(diǎn)的電壓和電流由入射波和反射波疊加形成駐波。S第41頁/共105頁第四十一頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。 定義：傳輸線上波腹點(diǎn)電壓振幅與波節(jié)點(diǎn)電壓振幅之比。maxminUSUminmax1UKSUmaxminUUUUUU又

21、稱電壓駐波系數(shù)行波系數(shù)1111llUUSUU11lSS第42頁/共105頁第四十二頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。結(jié)論：當(dāng) 即傳輸線上無反射時(shí)，駐波比1111llUUSUU0l 1s ；當(dāng) 即傳輸線上全反射時(shí)，駐波比。駐波比 的取值范圍為：1l s s1s 第43頁/共105頁第四十三頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。2.2 無耗均勻傳輸線的工作狀態(tài)1、傳輸線的工作狀態(tài))cos()0()(Re(),()cos()0()(Re(),(00ztUezUtzuztIezItzitjtj ( )j zj zL0LL0L11U zZZ I eZZ I e22 ( )j zj zLLLL001 Z1 Z

22、I z1 I e1 I e2 Z2 Z （1）行波狀態(tài):實(shí)現(xiàn)的條件：ZL=Z0，即傳輸線終端與其所接負(fù)載匹配。zjzjLzjzjLeUeUzUeIeIzI)0()()0()(0)0()0(jeUU0)0()0(jeII第44頁/共105頁第四十四頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。 Re( ) ( )Re( )( )( ) Rezii022i02i1PU z I z211Uz1zUz1z2Z1Uz1zzz2ZP 1z 當(dāng)傳輸線與其終端所接負(fù)載匹配，即 時(shí)：L0ZZ ( ),ii01I zIzUzZ ( ),iU zUz ( )rIz0 ( )rUz0 ( )z0 ziPP ( )inL0ZzZZ

23、 第45頁/共105頁第四十五頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。第46頁/共105頁第四十六頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。結(jié)論：1） 線上無反射波，只有從信號(hào)源傳向 負(fù)載的電壓和電流入射波。 2）沿線電壓和電流振幅不變，駐波比 為1。 3）電壓和電流在任意點(diǎn)上都同相。 4） 傳輸線上不同位置處的輸入阻抗都 等于傳輸線的特性阻抗 5） 信號(hào)源激勵(lì)的信號(hào)功率完全到達(dá)負(fù) 載并被負(fù)載吸收。第47頁/共105頁第四十七頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。短路線（ ）LZ0 LU0 iL02U0IZ 終端處的電壓反射系數(shù)（2）駐波狀態(tài) 0001LjLLLZZZeZZ j zj zj zj zLLLU z

24、U eU eUee 2sinjLj Uez cos02jLUeI zzZ 第48頁/共105頁第四十八頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。0,2sincos22,coscosLLu z tUztUi z tztZ ( )in0U zZzjZ tg zI z純電抗第49頁/共105頁第四十九頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。第50頁/共105頁第五十頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。第51頁/共105頁第五十一頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。結(jié)論： 1） 沿線各點(diǎn)電壓和電流振幅按正余弦 變化，電壓和電流相位差 ，功 率為無功功率，即無能量傳輸。 2） 在 處電壓 為零，電流的振幅值最大且等于 ，

25、這些點(diǎn)為電壓波節(jié)點(diǎn)。 3） 在 處電壓 的振幅值最大且等于 ，電流 為零，這些點(diǎn)為電壓波腹點(diǎn)。 4） 傳輸線上各點(diǎn)阻抗為純電抗，在電 壓波節(jié)點(diǎn)處 ，相當(dāng)于串聯(lián)90o(0,1,2.)2nzn(21)(0,1,2.)4nzn12 A0inZ102 AZ第52頁/共105頁第五十二頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。 諧振，在電壓波腹點(diǎn)處 ，相當(dāng)于 并聯(lián)諧振，在 內(nèi)， 相 當(dāng)于一個(gè)純電感，在 內(nèi)， 相當(dāng)于一個(gè)純電容，從終端起每隔 阻 抗性質(zhì)就變換一次。阻抗變換性inZ 04zinZjX4442zinZjX 第53頁/共105頁第五十三頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。終端開路（ ）LZ LiU2U0

26、LI0 ( )0001LLZZZZ終端處的電壓反射系數(shù) ( )in0U zZzjZ ctg zI z cosLU zUz sinL0UI zjzZ 純電抗第54頁/共105頁第五十四頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。23頁圖1.3-5為終端開路傳輸線沿線電壓，電流幅值 及輸入阻抗的分布。第55頁/共105頁第五十五頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。終端負(fù)載為純電抗（ ）LLZjX的輻角是LxjXZ 0 in0 xZzjZ tgz ()xxxL00LL00Lj22j20Lj220LjXZZjX0jXZZjXZX eeZX e 終端處的電壓反射系數(shù) sin 220LLxU zj ZX Iz cos

27、 220L Lx01I zZX IzZ 純電抗第56頁/共105頁第五十六頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。行駐波狀態(tài) 終端負(fù)載為純電抗（ ）LLLjXRZ( )j2 zL0LL0LRZjXzeRZjX 任意處的電壓反射系數(shù) cossincosiji22i2iU zUz1zUz1z eUz1zzUz1z2z對(duì)于無損耗傳輸線 及 均與z無關(guān)，只有 與z有關(guān)， 沿線呈周期分布。 z iUz UzzL2LLLjXRZ( )j2 zL0LL0LRZjXzeRZjX cossincosiji22i2iU zUz1zUz1z eUz1zzUz1z2z對(duì)于無損耗傳輸線 及 均與z無關(guān)，只有 與z有關(guān)， 沿線

28、呈周期分布。 z iUz UzzL2第57頁/共105頁第五十七頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。1)當(dāng) 時(shí)， 為最大值即波腹 。電壓波腹的位置 cos2112zzzIzzIzIiinzL22,.2, 1, 0n zV24maxppLnz2)當(dāng) 時(shí) ， 為最小值即波節(jié) 。電壓波節(jié)的位置,.2, 1, 0n zV4124minppLnz122nzL3)電流幅值沿線分布規(guī)律與電壓幅值沿線分布類似，只是電壓波腹位置為電流波節(jié)，電壓波節(jié)位置為電流波腹。Lmin44l第58頁/共105頁第五十八頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。第59頁/共105頁第五十九頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。行駐波狀態(tài)下，

29、電壓電流幅值沿線的分布圖行駐波狀態(tài)下，電壓電流幅值沿線的分布圖4)電壓駐波比（S） 電壓波腹值與電壓波節(jié)值之比 maxmax0min0(1)(1)/LLUUZZ SIUZ maxmin( )( )U zSU z max( )( )inU zUz1z min( )( )inU zUz1z maxmin( )( )1zU zSU z1z 傳輸線工作在行波狀態(tài)時(shí)， ， ，駐波狀態(tài)時(shí) ， ；行駐波狀態(tài)， ， 。電壓駐波比S為實(shí)數(shù)，對(duì)于無耗線它與位置無關(guān)。1SS1S 1 z 10z 0 zmin0minmax0(1)(1)/LLUUZZIUZS maxmax0min0(1)(1)/LLUUZZ SIUZ

30、 maxmin( )( )U zSU z max( )( )inU zUz1z min( )( )inU zUz1z maxmin( )( )1zU zSU z1z 1S 0 zmin0minmax0(1)(1)/LLUUZZIUZS 第60頁/共105頁第六十頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。當(dāng)無耗傳輸線終端接純阻負(fù)載 時(shí)： 011ZRzzSLLR ，00ZRZRzLL LRZzzS011 ，LLRZRZz000ZRL0ZRL例 2-2 下圖為一傳輸線網(wǎng)絡(luò)，其AB段、BD段長為 BC段長 ，各段傳輸線波阻抗均為 。傳輸線CC端口開路， DD端口接純阻負(fù)載 。求傳輸線AA端口輸入阻抗及各段傳輸

31、線上的電壓駐波比。4p2p1500Z 300LZ第61頁/共105頁第六十一頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。7575300150221并聯(lián)BBBBBBZZZ300751502AAZ2150300BDSBCS275150ABS7575300150221并聯(lián)BBBBBBZZZ300751502AAZ2150300BDS第62頁/共105頁第六十二頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。傳輸線工作狀態(tài)的測定傳輸線工作狀態(tài)的測定測量電壓駐波比S z 11SSzzL2maxmin( )( )V zV zminmax)()(zVzVS 測量電壓反射系數(shù)第63頁/共105頁第六十三頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五

32、分。所以 式中 中的 應(yīng)取-1。124minnzpL輻角 是傳輸線負(fù)載點(diǎn)處反射波電壓與入射波電壓之間的相位差，其取值范圍為 ，LL21minpz241minzpL12 nn1min4zpLzpL4nzL22124minnzpL21minpznzL22第64頁/共105頁第六十四頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。阻抗匹配傳輸線的三種匹配狀態(tài)：負(fù)載阻抗匹配、源阻抗 匹配、共軛阻抗匹配。1） 負(fù)載阻抗匹配負(fù)載匹配只有入射波，沒有反射波負(fù)載不匹配既有入射波，又有反射波當(dāng)反射波較大時(shí)，波腹電場比行波電場大得多，容易擊穿，限制傳輸線的最大功率。（負(fù)載阻抗等于特性阻抗）第65頁/共105頁第六十五頁，編輯于

33、星期日：九點(diǎn) 四十五分。解決辦法：阻抗匹配器2）源阻抗匹配（電源的內(nèi)阻等于特性阻抗）匹配源源給傳輸線的輸入功率不隨負(fù)載變化。不匹配源負(fù)載產(chǎn)生的反射波被電源吸收第66頁/共105頁第六十六頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。解決方法：1）用阻抗變換器將不匹配源變成 匹配源。 2）加一去耦衰減器或隔離器，以 吸收反射波。3） 共軛阻抗匹配當(dāng)負(fù)載阻抗折合到電源參考面上的輸入阻抗為電源內(nèi)阻抗的共軛值時(shí)，負(fù)載能得到最大功率值。（對(duì)不匹配電源）第67頁/共105頁第六十七頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。理想狀態(tài)：信號(hào)源傳輸線負(fù)載輸出最大功率無反射波負(fù)載全吸收用阻抗匹配器使信源輸出端共軛匹配用阻抗匹配器使負(fù)

34、載與傳輸線特性阻抗匹配第68頁/共105頁第六十八頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。傳輸線的負(fù)載匹配 阻抗變換 當(dāng)傳輸線長度為四分之一波長時(shí)LpinZZZ204四分一波長的阻抗變換性第69頁/共105頁第六十九頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。01Z0ZLZ AVi AVr AVr BVrABAB01Z0ZLZ AVi AVr AVr BVrABAB第70頁/共105頁第七十頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。當(dāng) 時(shí) 02012010101012411fftgZRZRZRZAZZAZALLLinin0000000000002242sin42cos42sin42cos)(fftgjRZfftgjZ

35、RZjRZjZRZAZLLLLin0ff 界面AA處電壓反射系數(shù)模值為：四分之波長阻抗變換法，其匹配的頻率特性是窄帶的。當(dāng)信號(hào)源的頻率為 時(shí):0f0120)(ZRZAZLin第71頁/共105頁第七十一頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。 阻抗調(diào)配對(duì)于終端接有負(fù)載阻抗 ，波阻抗為 ，線上不同位置處的輸入阻抗 為：LZ0Z zZin zjXzRztgjZZztgjZZZzZLLin000尋找位置d，使 ，即： 0ZdR djXZdZin0第72頁/共105頁第七十二頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。分支調(diào)配方法0ZLZz0d第73頁/共105頁第七十三頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。 0inYd

36、YjY dLLLZRjX 0inZdZjX d第74頁/共105頁第七十四頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。阻抗圓圖的構(gòu)成原理阻抗圓圖的構(gòu)成原理 zjXzRzzZzZin)(1)(10jvuz)(令 0)(1)(1XjRzzZzZzZinjvujvuXjR11,112222vuvuR,1222vuvX歸一化電阻歸一化電抗2.3 阻抗與導(dǎo)納圓圖及其應(yīng)用 zjXzRzzZzZin)(1)(10jvuz)( 0)(1)(1XjRzzZzZzZinjvujvuXjR11第75頁/共105頁第七十五頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。222111RvRRu222111XXvu這兩個(gè)方程在 復(fù)數(shù)平面上分別表

37、示兩組圓。jvu 鏈接電阻圓圖第76頁/共105頁第七十六頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。第77頁/共105頁第七十七頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。鏈接電抗圓圖將上述以 與 為參量的兩組圓繪于同一 復(fù)平面上，就得到阻抗圓圖（Smith圓圖）。RXjvu 鏈接阻抗圓圖第78頁/共105頁第七十八頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。反射系數(shù)圓和等相位線取反射系數(shù)極坐標(biāo)形式為： je式中: lLL4,，其極坐標(biāo)圖形是將 和 的數(shù)值按等值線畫出，如圖所示11S等反射系數(shù)圓等駐波系數(shù)圓第79頁/共105頁第七十九頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。由 可以看出， l增大， 則減小。 l增大表示在傳輸線

38、上向波源方向移動(dòng)， 減小表示在反射系數(shù)極坐標(biāo)圖上等相位線沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。l反之，減小， 增大，表示在傳輸線上向負(fù)載方向移動(dòng)對(duì)應(yīng)于等相位線沿反時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。lL4第80頁/共105頁第八十頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。因?yàn)殡S l線性變化，為計(jì)算方便，等相位線除標(biāo)出角度數(shù)外，還用l標(biāo)度，根據(jù) 114 lL224 lL得： lll4)(41212可見，當(dāng) 5 . 0l時(shí)， 2，即，當(dāng)傳輸線上距離改變2p時(shí)，相應(yīng)于圓圖上等相位線旋轉(zhuǎn)一周又回到原處，因此，整個(gè)圓周的 l標(biāo)度為 0.5。ll114 lL224 lLlll4)(412125 . 0l22p第81頁/共105頁第八十一頁，編輯于星期日：

39、九點(diǎn) 四十五分。 ( )200jzrLiLV zZZzeV zZZzL2電壓反射系數(shù)：為一復(fù)數(shù)，可以表示于復(fù)平面 上。 的模值 ：)(zjvu 1)(00ZZZZzLL鏈接反射系數(shù)圓zzp42第82頁/共105頁第八十二頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。阻抗圓圖上的特殊點(diǎn)和線及點(diǎn)的移動(dòng)阻抗圓圖上的特殊點(diǎn)和線及點(diǎn)的移動(dòng) 阻抗圓圖上的三個(gè)特殊點(diǎn)坐標(biāo)原點(diǎn)(0,0)。在這一點(diǎn)上 ， ， ，則 ，這表示匹配，即行波狀態(tài)。點(diǎn)(1,0)的位置上， ， ，表示全反射即駐波狀態(tài)。在此位置反射波電壓與入射波電壓同相位，是電壓波腹（電流波節(jié)）位置。點(diǎn)(-1,0)的位置上， ， ， ， ，表示全反射即駐波狀。反射波電

40、壓與入射波電壓反相位，此位置是電壓波節(jié)（電流波腹）位置。 0 z0X1R 1 RzZ 0ZzZin 1 z0 1 z0R0X鏈接阻抗圓圖 0 z0X1R 1 RzZ 0ZzZin 1 z0 1 z第83頁/共105頁第八十三頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。 阻抗圓圖上一條特殊的直線就是實(shí)軸 。 軸上各點(diǎn) ， ，是行駐波狀態(tài)對(duì)電壓波腹位置的集合此線段上點(diǎn) ， 表示輸入阻抗為純阻，當(dāng) 時(shí) 阻抗圓圖上 軸上的點(diǎn) ， ，是行駐波狀態(tài)電壓波節(jié)的集合。 阻抗圓圖上的一條直線兩個(gè)圓 鏈接阻抗圓圖u0u1R0X 0ZzR0 SzzzzXjRzZ1111RS u 10z1R0X第84頁/共105頁第八十四頁，

41、編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。 阻抗圓圖上點(diǎn)的移動(dòng) 若阻抗圓圖上一點(diǎn)。沿所在位置處 圓移動(dòng)，則表示在傳輸線上相應(yīng)的位置處串入一可變電抗。電抗變化數(shù)可由所在點(diǎn)處 圓的標(biāo)度差確定。 阻抗圓圖上的一點(diǎn)沿所在位置的 圓移動(dòng)，相當(dāng)于在傳輸線上相應(yīng)位置 上串入電阻。 4pzRXX圓圖上轉(zhuǎn)過的角度與線上移動(dòng)的距離之間的關(guān)系第85頁/共105頁第八十五頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。導(dǎo)納圓圖 導(dǎo)納與阻抗互為倒數(shù)，傳輸線的波阻抗 可以用波導(dǎo)納表示， 。傳輸線任一位置處的輸入阻抗 ，也可以用輸入導(dǎo)納 來替代。 0Z001ZY zZin jBGzYin 11111BjGjvujvuzzZzY zzzzBjGzY1

42、111 jezz鏈接導(dǎo)納圓圖鏈接阻抗圓圖第86頁/共105頁第八十六頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。 例 2-3 已知傳輸線波阻抗 ，終端負(fù)載阻抗 利用阻抗圓圖求傳輸線上電壓反射系數(shù)的模值 及距負(fù)載端 處的輸入阻抗 。 解：歸一化負(fù)載阻抗 在阻抗圓圖上找到 ， 兩圓交點(diǎn)A即為負(fù)載點(diǎn)。量取A點(diǎn)與圓點(diǎn)O的距離|OA|。并取 |OA|與單位圓半徑|OB|之比即為 得：由A點(diǎn)沿 的圓順時(shí)針移動(dòng)，轉(zhuǎn)角 弧度至C點(diǎn),C點(diǎn)處 ， ，那么C點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的傳輸線上距負(fù)載端 位置處的輸入阻抗為 z050Z 1030jZL3p3pinZ2 . 06 . 0501030)0(jjZ6 . 0R2 . 0X z 295.

43、 0 z 295. 0 z3434pp83. 0R5 . 0X3p255 .415 . 083. 05030jjZZZpin鏈接阻抗圓圖圓圖的應(yīng)用舉例 z050Z 1030jZL3p3pinZ2 . 06 . 0501030)0(jjZ6 . 0R2 . 0X z 295. 0 z 295. 0 z3434pp83. 0R255 .415 . 083. 05030jjZZZpin第87頁/共105頁第八十七頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。 例 2-4 已知雙線傳輸線波阻抗 ，終端接負(fù)載阻抗 ，求負(fù)載點(diǎn)處的電壓反射系數(shù) 及距終端最近的電壓波腹位置。 解：歸一化負(fù)載阻抗 在阻抗圓圖上找到 ， 兩

44、圓交點(diǎn)A即為負(fù)載點(diǎn)。以原點(diǎn)O為圓心，|OA|為半徑做一等反射系數(shù)圓，交正實(shí)軸于B，B點(diǎn)處歸一化電阻 ，所以電壓駐波比 ，則 或者由|OA|與圓圖中單位圓半徑之比求出 。 圓圖上|OA|與正實(shí)軸的夾角即為負(fù)載點(diǎn)處電壓反射系數(shù)的輻角 ，可直接由圖確定 ，所以負(fù)載點(diǎn)處電壓反射系數(shù)為： 0 3000Z 240180j 8 . 06 . 03002401800jjZ6 . 0R8 . 0X3S 5 . 01313110SS3R 0L2L 25 . 000jjeeLLZ鏈接阻抗圓圖 3000Z 240180j第88頁/共105頁第八十八頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。由負(fù)載點(diǎn)A沿 的圓順時(shí)針移動(dòng)，與正實(shí)

45、軸交于B，B點(diǎn)就是距傳輸線終端最近的電壓波腹點(diǎn)，那么所以 5 . 00 pppz125. 0424pz125. 01max 5 . 00 pppz125. 0424pz125. 01max第89頁/共105頁第八十九頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。 例 2-5 已知同軸線傳輸線波阻抗 ，信源信號(hào)在同軸線中波長為10cm，終端電壓反射系數(shù) ，求終端負(fù)載阻抗 ，及距終端距離最近的電壓波腹和波節(jié)點(diǎn)位置及阻抗。解： 0502 . 00je 750ZLZ 5 . 12 . 012 . 010101S 5 . 11111maxRSzzezezzZjj321minSzZ電壓駐波比電壓波腹處的阻抗歸一化值電

46、壓波節(jié)處的阻抗歸一化值5 .1125 . 175maxzZ503275minzZ鏈接阻抗圓圖第90頁/共105頁第九十頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。 在圓圖上作半徑 的圓，該圓與正實(shí)軸交點(diǎn)A為電壓波腹點(diǎn)。由A點(diǎn)逆時(shí)針（向負(fù)載方向）移動(dòng)，轉(zhuǎn)角50至B點(diǎn)，B點(diǎn)即為負(fù)載點(diǎn)。由圓圖上讀出B點(diǎn)處 ， 值，則 由負(fù)載點(diǎn)B沿 圓順時(shí)針轉(zhuǎn)到A，A點(diǎn)即距負(fù)載點(diǎn)最近的電壓波腹點(diǎn)，而相鄰波腹與波節(jié)之間的距離為 ，距離終端最近的電壓波腹 ( 波節(jié)）在傳輸線上的位置為： 無耗傳輸線的電壓波腹（波節(jié)）處阻抗相同： 2 . 00 LRLX 4 . 02 . 10jXjRZZL30904 . 02 . 1750jjZZZ

47、LL 2 . 00 cmz694. 010180450001maxcmzzp194. 35 . 2694. 041max1min5 .112max1maxzZzZinin50min1minzZzZinin4p 2 . 00 LR第91頁/共105頁第九十一頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。 例 2-6 已知傳輸線終端負(fù)載歸一化導(dǎo)納 ，傳輸線上的波長 ，利用導(dǎo)納圓圖對(duì)此傳輸線系統(tǒng)調(diào)匹配。解：在導(dǎo)納圓圖上讀取 ，確定負(fù)載點(diǎn)A。過A點(diǎn)作等反射系數(shù)圓沿此圓順時(shí)針方向移動(dòng)與 圓先后交于D，C兩點(diǎn)。從圓圖上量得轉(zhuǎn)過的角度 ， 。從而可計(jì)算出傳輸線上對(duì)應(yīng)于圓周上D與C的位置：在傳輸線 處（對(duì)應(yīng)導(dǎo)納圓圖上D點(diǎn)

48、）歸一化導(dǎo)納，查導(dǎo)納圓圖得 ，故應(yīng)在傳輸線 位置處并聯(lián)歸一化電納 ，實(shí)現(xiàn)匹配傳輸線 處歸一化導(dǎo)納 ，可在傳輸線 位置處并聯(lián)歸一化電納 ，實(shí)現(xiàn)匹配。6 . 05 . 0jYLmp16 . 05 . 0jYL1G0190AD0313ACcmzppD5 .26265. 072019000cmzppC5 .43435. 072031300Dz1 . 11jzYD1 . 1BDzCz1 . 11jzYCCz1 . 1B鏈接阻抗圓圖第92頁/共105頁第九十二頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。2.4 有損耗均勻傳輸線有損耗均勻傳輸線實(shí)際應(yīng)用中的傳輸線都是有損耗的，即線的分布電路參量中 和 不可略去。jCj

49、GRjR)(1111)()(11110CjGLjRZ0R0G ( )z j zzj zL0LL0L11U zZZ I e eZZ I ee22 ( )z j zzj zLLLL001 Z1 ZI z1 I e e1 I ee2 Z2 Z 第93頁/共105頁第九十三頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。線上電壓、電流、輸入阻抗及電壓反射系數(shù)的分布特性入射波反射波分布圖第94頁/共105頁第九十四頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。 zshZzchZzshZzchZZzZLLin000 +2 zj2 zL0L0ZZUzeeUZZ zLLeZZZZz200zL2反射系數(shù)圓圖 zzLLU zUzUzUeUe(2)21Ljzzj zzLLU e eee zzLLI zIzIzIeIe(2)21Ljzzj zzLLI e eee 01UzUzZ第95頁/共105頁第九十五頁，編輯于星期日：九點(diǎn) 四十五分。該傳輸線的特性阻抗 ？ 2211zLzLeS ze 0LZ LZ 0( )taninsZzZd0( )cotinoZzZd( )insZ( )inoZ0Z的有耗傳輸線，