傳輸線理論1.

1、傳輸線理論傳輸線理論 傳輸線理論是從集總參數(shù)電路過(guò)渡到分傳輸線理論是從集總參數(shù)電路過(guò)渡到分布參數(shù)電路的理論依據(jù)布參數(shù)電路的理論依據(jù) 傳輸線理論是微波技術(shù)的基礎(chǔ)理論傳輸線理論是微波技術(shù)的基礎(chǔ)理論 傳輸線理論是高速電路與射頻電路的重傳輸線理論是高速電路與射頻電路的重要理論要理論 傳輸線理論通信專業(yè)必須掌握的理論傳輸線理論通信專業(yè)必須掌握的理論 傳輸線理論是解釋大多通信技術(shù)的基石傳輸線理論是解釋大多通信技術(shù)的基石第二章第二章 傳輸線理論傳輸線理論 2-1 引引 言言 一、傳輸線的種類大致可分三種一、傳輸線的種類大致可分三種（1）TEM波波 (2)TE、TM波波 (3)表面波表面波通孔與微孔的電氣性能

2、比較 高I/O數(shù)、細(xì)間距的BGA 封裝的芯片描述了一些新的面積陣列元件，這些元件要求采用微孔工藝實(shí)現(xiàn)信號(hào)的有效傳輸。左側(cè)是384個(gè)引腳焊料球、0.8mm間距的uBGA器件，右側(cè)是1247個(gè)引腳焊料柱、1.0mm間距的CCGA（Ceramic Column Grid Array）器件 傳輸線的等效電路PCB板的實(shí)物圖PCB板的實(shí)物圖多層板中最常見(jiàn)結(jié)構(gòu) 傳輸線理論 主要研究高速PCB板或高頻PCB板中設(shè)計(jì)問(wèn)題 PCB板的分布參數(shù)帶來(lái)的問(wèn)題第二章第二章 傳輸線理論傳輸線理論 2-1 引引 言言 一、傳輸線的種一、傳輸線的種類大致可分三種類大致可分三種（1）TEM波波 (2)TE、TM波波 (3)表面

3、波表面波 廣義傳輸線是指?jìng)鬏斝盘?hào)或能量的連接導(dǎo)線.傳輸線有傳輸線有長(zhǎng)線長(zhǎng)線和和短線短線之分。所謂長(zhǎng)線是指?jìng)鬏斁€的幾何長(zhǎng)度與線上傳輸電磁之分。所謂長(zhǎng)線是指?jìng)鬏斁€的幾何長(zhǎng)度與線上傳輸電磁波的波長(zhǎng)比值波的波長(zhǎng)比值(電長(zhǎng)度電長(zhǎng)度)大于或接近大于或接近1，反之稱為短線。本章要，反之稱為短線。本章要研究的傳輸線是指長(zhǎng)線，即微波傳輸線研究的傳輸線是指長(zhǎng)線，即微波傳輸線二、分布參數(shù)及分布參數(shù)電路二、分布參數(shù)及分布參數(shù)電路 廣義傳輸線是指?jìng)鬏斝盘?hào)或能量的連接導(dǎo)線.傳輸線有傳輸線有長(zhǎng)線長(zhǎng)線和和短線短線之分。所謂長(zhǎng)線是指?jìng)鬏斁€的幾何長(zhǎng)度與線上傳輸電磁之分。所謂長(zhǎng)線是指?jìng)鬏斁€的幾何長(zhǎng)度與線上傳輸電磁波的波長(zhǎng)比值波的波

4、長(zhǎng)比值(電長(zhǎng)度電長(zhǎng)度)大于或接近大于或接近1，反之稱為短線。本章要，反之稱為短線。本章要研究的傳輸線是指長(zhǎng)線，即微波傳輸線研究的傳輸線是指長(zhǎng)線，即微波傳輸線長(zhǎng)線長(zhǎng)線分布參數(shù)電路分布參數(shù)電路 忽略分布參數(shù)效應(yīng)忽略分布參數(shù)效應(yīng) 短線短線集中參數(shù)電路集中參數(shù)電路 考慮分布參數(shù)效應(yīng)考慮分布參數(shù)效應(yīng)當(dāng)頻率提高到微波波段時(shí)，這些分布效應(yīng)不可忽略，所以微波當(dāng)頻率提高到微波波段時(shí)，這些分布效應(yīng)不可忽略，所以微波傳輸線是一種分布參數(shù)電路。這導(dǎo)致傳輸線上的電壓和電流是傳輸線是一種分布參數(shù)電路。這導(dǎo)致傳輸線上的電壓和電流是隨時(shí)間和空間位置而變化的二元函數(shù)。隨時(shí)間和空間位置而變化的二元函數(shù)。 第二章第二章 傳輸線理論

5、：傳輸線理論：長(zhǎng)線理論長(zhǎng)線理論 長(zhǎng)線和短線是一個(gè)相對(duì)概念長(zhǎng)線和短線是一個(gè)相對(duì)概念，均相對(duì)于電磁波波長(zhǎng)而言的，所，均相對(duì)于電磁波波長(zhǎng)而言的，所以長(zhǎng)線并不意味著線的幾何長(zhǎng)度就很長(zhǎng)，而短線也并不是幾何以長(zhǎng)線并不意味著線的幾何長(zhǎng)度就很長(zhǎng)，而短線也并不是幾何長(zhǎng)度就一定短。長(zhǎng)度就一定短。傳輸線的集中參數(shù)等效電路和場(chǎng)分析方法傳輸線的集中參數(shù)等效電路和場(chǎng)分析方法 2.1.1 傳輸線的集中參數(shù)等效電路傳輸線的集中參數(shù)等效電路 在傳輸線中，傳輸線長(zhǎng)度與工作波長(zhǎng)可以比擬，或者是多個(gè)波長(zhǎng)長(zhǎng)，即所謂的長(zhǎng)線，這時(shí)傳輸線上的電壓、電流不僅是時(shí)間的函數(shù)，而且還是位置的函數(shù)，如圖1.2所示，這時(shí)必須考慮分布參數(shù)效應(yīng)。 由電磁場(chǎng)

6、理論知，當(dāng)高頻信號(hào)通過(guò)傳輸線時(shí)，會(huì)產(chǎn)生下列分布參數(shù)： 導(dǎo)線流過(guò)電流時(shí)，周圍會(huì)產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)，因而沿導(dǎo)線各點(diǎn)會(huì)存在的串聯(lián)分布電感； 兩導(dǎo)線間加上電壓時(shí)，線間會(huì)存在高頻電場(chǎng)，于是線間會(huì)產(chǎn)生并聯(lián)分布電容； 電導(dǎo)率有限的導(dǎo)線流過(guò)電流時(shí)會(huì)發(fā)熱，而且高頻時(shí)由于趨膚效應(yīng)，電阻會(huì)加大，即表明線本身有分布電阻； 導(dǎo)線間介質(zhì)非理想時(shí)有漏電流，這就意味著導(dǎo)線間有分布漏電導(dǎo)。這些分布參數(shù)在低頻時(shí)的影響較小，可忽略； 因此在高頻時(shí)引起的沿線電壓、電流幅度變化、相位滯后是不能忽略的，這就是所謂的分布參數(shù)效應(yīng)。第二章第二章 傳輸線理論：傳輸線等效模型傳輸線理論：傳輸線等效模型 任何一個(gè)傳輸信號(hào)的連線均可等效為一個(gè)平行雙導(dǎo)線結(jié)

7、構(gòu)。 根據(jù)傳輸線上的分布參數(shù)是否均勻分布，可將其分為根據(jù)傳輸線上的分布參數(shù)是否均勻分布，可將其分為均勻傳均勻傳輸線輸線和和不均勻傳輸線不均勻傳輸線。 可以把均勻傳輸線分割成許多小的微元段可以把均勻傳輸線分割成許多小的微元段dz (dzZ0時(shí)，第一個(gè)電壓波腹點(diǎn)在終端。時(shí)，第一個(gè)電壓波腹點(diǎn)在終端。 當(dāng)負(fù)載為純電阻當(dāng)負(fù)載為純電阻R RL L，且，且R RL L Z Z0 0時(shí)，時(shí)，第一個(gè)電壓波腹點(diǎn)的位置為第一個(gè)電壓波腹點(diǎn)的位置為 當(dāng)負(fù)載為感性阻抗時(shí)，第一當(dāng)負(fù)載為感性阻抗時(shí)，第一個(gè)電壓波腹點(diǎn)在個(gè)電壓波腹點(diǎn)在 范范圍內(nèi)。圍內(nèi)。 404z 當(dāng)負(fù)載為容性阻抗時(shí)，當(dāng)負(fù)載為容性阻抗時(shí)，第一個(gè)第一個(gè)電壓波腹點(diǎn)在電

8、壓波腹點(diǎn)在 范圍范圍內(nèi)。內(nèi)。42z沿線電壓電流的振幅分沿線電壓電流的振幅分布如圖布如圖 第二章第二章 傳輸線理論：傳輸線理論：行駐波狀態(tài)特點(diǎn)行駐波狀態(tài)特點(diǎn) 2. 沿線阻抗分布沿線阻抗分布線上任一點(diǎn)處的輸入阻抗為線上任一點(diǎn)處的輸入阻抗為 ZzZZjZzZjZzRzjXzinLLinin000tgtg 它具有如下特點(diǎn)：它具有如下特點(diǎn)： (1) 阻抗的數(shù)值周期性變化，在電壓的波腹點(diǎn)和波節(jié)點(diǎn)，阻抗分阻抗的數(shù)值周期性變化，在電壓的波腹點(diǎn)和波節(jié)點(diǎn)，阻抗分別為最大值和最小值別為最大值和最小值 (波腹波腹) (波節(jié)波節(jié)) RinUIZZmaxmin0011UIZZminmax0011Rin (2) 每隔每隔

9、，阻抗性質(zhì)變換一次；每隔，阻抗性質(zhì)變換一次；每隔 ，阻抗值重復(fù)一次。，阻抗值重復(fù)一次。42第二章第二章 傳輸線理論：傳輸線理論： Smith圓圖圓圖 2-5 阻抗圓圖及其應(yīng)用阻抗圓圖及其應(yīng)用 極坐標(biāo)圓圖，又稱為史密斯極坐標(biāo)圓圖，又稱為史密斯(Smith)圓圖。應(yīng)用最廣，這里先圓圖。應(yīng)用最廣，這里先介紹介紹SmithSmith圓圖的構(gòu)造和應(yīng)用。圓圖的構(gòu)造和應(yīng)用。 一、阻抗圓圖一、阻抗圓圖 阻抗圓圖是由阻抗圓圖是由等反射系數(shù)圓等反射系數(shù)圓和和等阻抗圓等阻抗圓組成組成 1. 等反射系數(shù)圓等反射系數(shù)圓距離終端距離終端z處的反射系數(shù)為處的反射系數(shù)為 zejjjuvcossin222uv arctgvu

10、上式表明，在復(fù)平面上等反射系數(shù)模上式表明，在復(fù)平面上等反射系數(shù)模 的軌跡是以坐標(biāo)原的軌跡是以坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心、點(diǎn)為圓心、 為半徑的圓，這個(gè)圓稱為為半徑的圓，這個(gè)圓稱為等反射系數(shù)圓等反射系數(shù)圓。由于反。由于反射系數(shù)的模與駐波比是一一對(duì)應(yīng)的，故又稱為射系數(shù)的模與駐波比是一一對(duì)應(yīng)的，故又稱為等駐波比圓等駐波比圓。 第二章第二章 傳輸線理論：傳輸線理論： Smith圓圖圓圖 若已知終端反射系數(shù)若已知終端反射系數(shù) ，則距終端，則距終端z處處的反射系數(shù)為的反射系數(shù)為L(zhǎng)LjeL zeejLjzL2 線上移動(dòng)的距離與轉(zhuǎn)動(dòng)的角度之間的關(guān)系為線上移動(dòng)的距離與轉(zhuǎn)動(dòng)的角度之間的關(guān)系為24zz等反射系數(shù)圓等反射系數(shù)圓 在

11、復(fù)平面上等反射在復(fù)平面上等反射系數(shù)模的軌跡是以系數(shù)模的軌跡是以坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心、坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心、以反射系數(shù)為半徑以反射系數(shù)為半徑的圓，這個(gè)圓稱為的圓，這個(gè)圓稱為等反射系數(shù)圓。等反射系數(shù)圓。第二章第二章 傳輸線理論：傳輸線理論：反射系數(shù)的相角線反射系數(shù)的相角線由此可見(jiàn)，線上移動(dòng)長(zhǎng)度由此可見(jiàn)，線上移動(dòng)長(zhǎng)度 時(shí)，對(duì)應(yīng)反射系數(shù)矢量轉(zhuǎn)動(dòng)一周。一般時(shí)，對(duì)應(yīng)反射系數(shù)矢量轉(zhuǎn)動(dòng)一周。一般轉(zhuǎn)動(dòng)的角度用波長(zhǎng)數(shù)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度用波長(zhǎng)數(shù)(或電長(zhǎng)度或電長(zhǎng)度) 表示，且標(biāo)度波長(zhǎng)數(shù)的零點(diǎn)位置表示，且標(biāo)度波長(zhǎng)數(shù)的零點(diǎn)位置通常選在通常選在 處。為了使用方便，有的圓圖上標(biāo)有兩個(gè)方向的波長(zhǎng)數(shù)處。為了使用方便，有的圓圖上標(biāo)有兩個(gè)方向的波長(zhǎng)數(shù)數(shù)

12、值，如圖所示。向負(fù)載方向移動(dòng)讀里圈讀數(shù)，向波源方向移動(dòng)讀外數(shù)值，如圖所示。向負(fù)載方向移動(dòng)讀里圈讀數(shù)，向波源方向移動(dòng)讀外圈讀數(shù)。圈讀數(shù)。 2z相角相等的反射系數(shù)的軌跡相角相等的反射系數(shù)的軌跡是單位圓內(nèi)的徑向線。是單位圓內(nèi)的徑向線。 的徑向線為各種不同負(fù)的徑向線為各種不同負(fù)載阻抗情況下電壓波腹點(diǎn)反射載阻抗情況下電壓波腹點(diǎn)反射系數(shù)的軌跡；系數(shù)的軌跡； 的徑向線為各種不同負(fù)的徑向線為各種不同負(fù)載阻抗情況下電壓波節(jié)點(diǎn)反射載阻抗情況下電壓波節(jié)點(diǎn)反射系數(shù)的軌跡。系數(shù)的軌跡。 0等反射系數(shù)圓的波長(zhǎng)數(shù)標(biāo)度等反射系數(shù)圓的波長(zhǎng)數(shù)標(biāo)度第二章第二章 傳輸線理論：傳輸線理論：等阻抗園等阻抗園2. 等阻抗圓等阻抗圓 Z z

13、jjjuvuvuvuvvuv111121222222RjXRuvuv112222Xvuv2122由以上得由以上得:uvRRR()111222uvXX111222 稱為歸一化電阻，稱為歸一化電阻， 稱為歸一化電抗。稱為歸一化電抗。 RX這兩個(gè)方程在復(fù)平面內(nèi)是以這兩個(gè)方程在復(fù)平面內(nèi)是以 R 和和 X 為參量的一組圓的方程。為參量的一組圓的方程。第二章第二章 傳輸線理論：傳輸線理論：阻抗園圖阻抗園圖將等電阻圓和等電抗圓繪將等電阻圓和等電抗圓繪制在同一張圖上，即得到制在同一張圖上，即得到阻抗圓圖阻抗圓圖 等電阻圓 等電抗圓第二章第二章 傳輸線理論：傳輸線理論：阻抗園圖特點(diǎn)阻抗園圖特點(diǎn)阻抗圓圖具有如下幾

14、個(gè)特點(diǎn)阻抗圓圖具有如下幾個(gè)特點(diǎn)： (1) 圓圖上有三個(gè)圓圖上有三個(gè)特殊點(diǎn)特殊點(diǎn)： 短路點(diǎn)短路點(diǎn)(C點(diǎn)點(diǎn))，其坐標(biāo)為，其坐標(biāo)為(-1,0)。此處對(duì)應(yīng)于。此處對(duì)應(yīng)于 ； 開(kāi)路點(diǎn)開(kāi)路點(diǎn)(D點(diǎn)點(diǎn))，其坐標(biāo)為，其坐標(biāo)為(1,0)。此處對(duì)應(yīng)于。此處對(duì)應(yīng)于 ； 匹配匹配(O點(diǎn)點(diǎn))，其坐標(biāo)為，其坐標(biāo)為(0,0)。此處對(duì)應(yīng)于。此處對(duì)應(yīng)于 ,RX 001 ,RX 10,RX1001 (2) 圓圖上有三條圓圖上有三條特殊線特殊線： 圓圖上實(shí)軸圓圖上實(shí)軸CD為為X=0的軌跡，其中正實(shí)半軸為電壓波腹點(diǎn)的軌跡，線上的值的軌跡，其中正實(shí)半軸為電壓波腹點(diǎn)的軌跡，線上的值即即為駐波比的讀數(shù)為駐波比的讀數(shù)；負(fù)實(shí)半軸為電壓波節(jié)點(diǎn)的

15、軌跡，線上的；負(fù)實(shí)半軸為電壓波節(jié)點(diǎn)的軌跡，線上的R值即值即為行波系數(shù)為行波系數(shù)K的讀數(shù)的讀數(shù)；最外面的單位圓為；最外面的單位圓為R=0的的純電抗軌跡純電抗軌跡，即為，即為 的的全反射系數(shù)圓的軌全反射系數(shù)圓的軌跡跡。 (3) 圓上有兩個(gè)圓上有兩個(gè)特殊面特殊面： 圓圖實(shí)軸以上的上半平面圓圖實(shí)軸以上的上半平面(即即)是感性阻抗的軌跡是感性阻抗的軌跡；實(shí)軸以下的下半平面；實(shí)軸以下的下半平面(即即)是是容性阻抗的軌跡。容性阻抗的軌跡。 1第二章第二章 傳輸線理論：傳輸線理論：阻抗園圖特點(diǎn)阻抗園圖特點(diǎn)(4) 圓圖上有圓圖上有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向： 在傳輸線上在傳輸線上A點(diǎn)向負(fù)載方向移動(dòng)時(shí)，則在圓圖上由

16、點(diǎn)向負(fù)載方向移動(dòng)時(shí)，則在圓圖上由A點(diǎn)點(diǎn)沿等反射系數(shù)圓逆時(shí)沿等反射系數(shù)圓逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)針?lè)较蛐D(zhuǎn)；反之，在傳輸線上；反之，在傳輸線上A點(diǎn)向波源方向移動(dòng)時(shí)，則在圓圖上由點(diǎn)向波源方向移動(dòng)時(shí)，則在圓圖上由A點(diǎn)點(diǎn)沿沿等反射系數(shù)圓順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。等反射系數(shù)圓順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。(5) 圓圖上圓圖上任意一點(diǎn)對(duì)應(yīng)了四個(gè)參量任意一點(diǎn)對(duì)應(yīng)了四個(gè)參量： 、 、 和和 。知道了前兩個(gè)參量或后兩。知道了前兩個(gè)參量或后兩個(gè)參量均可確定該點(diǎn)在圓圖上的位置。注意個(gè)參量均可確定該點(diǎn)在圓圖上的位置。注意R和和X均為歸一化值，如果要求它均為歸一化值，如果要求它們的實(shí)際值分別乘上傳輸線的特性阻抗。們的實(shí)際值分別乘上傳輸線的特性阻抗。 (

17、6) 若傳輸線上某一位置對(duì)應(yīng)于圓圖上的若傳輸線上某一位置對(duì)應(yīng)于圓圖上的A點(diǎn)，則點(diǎn)，則A點(diǎn)的讀數(shù)即為該位置的輸點(diǎn)的讀數(shù)即為該位置的輸入阻抗歸一化值入阻抗歸一化值( )；若關(guān)于；若關(guān)于O點(diǎn)的點(diǎn)的A點(diǎn)對(duì)稱點(diǎn)為點(diǎn)，則點(diǎn)的讀數(shù)即為該位點(diǎn)對(duì)稱點(diǎn)為點(diǎn)，則點(diǎn)的讀數(shù)即為該位置的輸入導(dǎo)納歸一化值置的輸入導(dǎo)納歸一化值( )。RXRjXGjB第二章第二章 傳輸線理論：傳輸線理論：導(dǎo)納園圖導(dǎo)納園圖二、導(dǎo)納圓圖二、導(dǎo)納圓圖 導(dǎo)納是阻抗的倒數(shù)導(dǎo)納是阻抗的倒數(shù),故歸一化導(dǎo)納為故歸一化導(dǎo)納為 Y zZ zzz111如果以單位圓圓心為軸心，將復(fù)平面上的阻抗圓圖旋轉(zhuǎn)如果以單位圓圓心為軸心，將復(fù)平面上的阻抗圓圖旋轉(zhuǎn)180180 ，即

18、可得到導(dǎo)納圓圖。即可得到導(dǎo)納圓圖。 因此：因此：1、Smith圓圖即可作為阻抗圓圖也可作為導(dǎo)納圓圖使用。作圓圖即可作為阻抗圓圖也可作為導(dǎo)納圓圖使用。作為阻抗圓圖使用時(shí)，圓圖中的等值圓表示為阻抗圓圖使用時(shí)，圓圖中的等值圓表示R R和和X X圓；圓；2 2、作為導(dǎo)納圓圖使用時(shí)，圓圖中的等值圓表示、作為導(dǎo)納圓圖使用時(shí)，圓圖中的等值圓表示G G和和B B圓。并圓。并且圓圖實(shí)軸的上部且圓圖實(shí)軸的上部X X或或B B均為正值，實(shí)軸的下部均為正值，實(shí)軸的下部X X或或B B均為負(fù)值。均為負(fù)值。 第二章第二章 傳輸線理論：傳輸線理論：園圖使用特點(diǎn)園圖使用特點(diǎn) 使用圓圖應(yīng)注意以下特點(diǎn)：使用圓圖應(yīng)注意以下特點(diǎn)：

19、(1) 當(dāng)圓圖作為阻抗圓圖時(shí)，相角為當(dāng)圓圖作為阻抗圓圖時(shí)，相角為0的的反射系數(shù)位于反射系數(shù)位于OD上，相角增大，反射系上，相角增大，反射系數(shù)矢量沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)圓圖作為導(dǎo)數(shù)矢量沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)圓圖作為導(dǎo)納圓圖時(shí)，相角為納圓圖時(shí)，相角為0的反射系數(shù)位于的反射系數(shù)位于OC上，上，相角增大，反射系數(shù)矢量仍沿逆時(shí)針?lè)较蛳嘟窃龃?，反射系?shù)矢量仍沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)。 (2) 作為阻抗圓圖使用時(shí)，作為阻抗圓圖使用時(shí)，D點(diǎn)為開(kāi)路點(diǎn)為開(kāi)路點(diǎn)，點(diǎn)，C點(diǎn)為短路點(diǎn)，線段點(diǎn)為短路點(diǎn)，線段OD為電壓波腹為電壓波腹點(diǎn)歸一化阻抗的軌跡，線段點(diǎn)歸一化阻抗的軌跡，線段OC為電壓波為電壓波節(jié)點(diǎn)歸一化阻抗的軌跡；作為導(dǎo)納

20、圓圖使節(jié)點(diǎn)歸一化阻抗的軌跡；作為導(dǎo)納圓圖使用時(shí)，用時(shí)，D點(diǎn)為短路點(diǎn)，點(diǎn)為短路點(diǎn)，C點(diǎn)為開(kāi)路點(diǎn)，線點(diǎn)為開(kāi)路點(diǎn)，線段段OD為電壓波節(jié)點(diǎn)歸一化阻抗的軌跡，為電壓波節(jié)點(diǎn)歸一化阻抗的軌跡，線段線段OC為電壓波腹點(diǎn)歸一化阻抗的軌跡。為電壓波腹點(diǎn)歸一化阻抗的軌跡。 (3) 與與 在同一反射系數(shù)圓上，在同一反射系數(shù)圓上，相應(yīng)位置差。相應(yīng)位置差。 Z z Y z圖2-18 阻抗圓圖與導(dǎo)納圓圖的關(guān)系第二章第二章 傳輸線理論：傳輸線理論：阻抗匹配問(wèn)題阻抗匹配問(wèn)題 2-6 傳輸線的阻抗匹配傳輸線的阻抗匹配 在微波傳輸系統(tǒng)，阻抗匹配極其重要，它關(guān)系到系統(tǒng)的傳輸效率、功率容量與在微波傳輸系統(tǒng)，阻抗匹配極其重要，它關(guān)系到系

21、統(tǒng)的傳輸效率、功率容量與工作穩(wěn)定性，關(guān)系到微波測(cè)量的系統(tǒng)誤差和測(cè)量精度，以及微波元器件的質(zhì)量等工作穩(wěn)定性，關(guān)系到微波測(cè)量的系統(tǒng)誤差和測(cè)量精度，以及微波元器件的質(zhì)量等一系列問(wèn)題。一系列問(wèn)題。 一、阻抗匹配概念一、阻抗匹配概念傳輸線與負(fù)載不匹配傳輸線與負(fù)載不匹配 傳輸線上有駐波存在傳輸線上有駐波存在 如果信號(hào)源與傳輸線不匹配，不僅會(huì)影響信號(hào)源的頻率和輸出的穩(wěn)如果信號(hào)源與傳輸線不匹配，不僅會(huì)影響信號(hào)源的頻率和輸出的穩(wěn)定性，而且信號(hào)源不能給出最大功率。因此，微波傳輸系統(tǒng)一定要作定性，而且信號(hào)源不能給出最大功率。因此，微波傳輸系統(tǒng)一定要作到阻抗匹配。到阻抗匹配。傳輸線功率容量降傳輸線功率容量降低低增加傳

22、輸線的衰減增加傳輸線的衰減這里的匹配概念分為兩種：共軛匹配和無(wú)反射匹配。這里的匹配概念分為兩種：共軛匹配和無(wú)反射匹配。第二章第二章 傳輸線理論傳輸線理論(一一) 共軛匹配共軛匹配 共軛匹配要求傳輸線輸入阻抗與信號(hào)源內(nèi)阻互為共軛值。共軛匹配要求傳輸線輸入阻抗與信號(hào)源內(nèi)阻互為共軛值。如圖 信號(hào)源的內(nèi)阻為 傳輸線的輸入阻抗為 ZRjXgggZRjXinininZZgin則：即 RRginXXgin 信號(hào)源輸出的最大功率為PERZZERRRXXERginginginginginggmax2222224共軛匹配 第二章第二章 傳輸線理論傳輸線理論 (二二) 無(wú)反射匹配無(wú)反射匹配 無(wú)反射匹配無(wú)反射匹配是指

23、傳輸線兩端阻抗與傳輸線的特性阻抗相等，是指?jìng)鬏斁€兩端阻抗與傳輸線的特性阻抗相等，線上無(wú)反射波存在，即工作于行波狀態(tài)。線上無(wú)反射波存在，即工作于行波狀態(tài)。 無(wú)反射匹配包括傳輸線始端與無(wú)反射匹配包括傳輸線始端與信號(hào)源內(nèi)阻匹配信號(hào)源內(nèi)阻匹配和和傳輸線終傳輸線終端與負(fù)載阻抗匹配端與負(fù)載阻抗匹配。 信號(hào)源內(nèi)阻也為實(shí)數(shù)，此時(shí)傳輸線的始端無(wú)反射波，這信號(hào)源內(nèi)阻也為實(shí)數(shù)，此時(shí)傳輸線的始端無(wú)反射波，這種信號(hào)源稱為種信號(hào)源稱為匹配信號(hào)源匹配信號(hào)源。 當(dāng)傳輸線終端所接的負(fù)載阻抗為純電阻時(shí)，則傳輸線的終當(dāng)傳輸線終端所接的負(fù)載阻抗為純電阻時(shí)，則傳輸線的終端無(wú)反射波，此時(shí)的負(fù)載稱為端無(wú)反射波，此時(shí)的負(fù)載稱為匹配負(fù)載匹配負(fù)

24、載。 第二章第二章 傳輸線理論：傳輸線理論：匹配方法匹配方法 當(dāng)傳輸系統(tǒng)滿足：當(dāng)傳輸系統(tǒng)滿足： 時(shí)，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)共軛匹時(shí)，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)共軛匹配和無(wú)反射匹配。配和無(wú)反射匹配。RRZgL0 二、阻抗匹配方法二、阻抗匹配方法 阻抗匹配的方法就是在傳輸線與負(fù)載之間加入一阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。阻抗匹配的方法就是在傳輸線與負(fù)載之間加入一阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。要求這個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)由電抗元件構(gòu)成，接入傳輸線時(shí)應(yīng)盡可能靠近負(fù)載，要求這個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)由電抗元件構(gòu)成，接入傳輸線時(shí)應(yīng)盡可能靠近負(fù)載，且通過(guò)調(diào)節(jié)能對(duì)各種負(fù)載實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。且通過(guò)調(diào)節(jié)能對(duì)各種負(fù)載實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。 其匹配原理是通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)引入一個(gè)新的反射波來(lái)抵消原來(lái)的反射其匹配原理是通過(guò)

25、匹配網(wǎng)絡(luò)引入一個(gè)新的反射波來(lái)抵消原來(lái)的反射波。波。 采用阻抗變換器和分支匹配器作為匹配網(wǎng)絡(luò)是兩種最基本的方法。采用阻抗變換器和分支匹配器作為匹配網(wǎng)絡(luò)是兩種最基本的方法。第二章第二章 傳輸線理論：傳輸線理論：匹配方法之一匹配方法之一(一一) 阻抗變換器阻抗變換器 阻抗變換器是由一段長(zhǎng)度為阻抗變換器是由一段長(zhǎng)度為 、特性阻抗為、特性阻抗為 的傳輸線組成。的傳輸線組成。 當(dāng)這段傳輸線終端接純電阻當(dāng)這段傳輸線終端接純電阻 時(shí)，則輸入阻抗為時(shí)，則輸入阻抗為444Z01RLZZRjZZjRZRinLLL01010101244tg 2tg 2 為了使實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，必須使為了使實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，必須使ZZ RL0

26、10第二章第二章 傳輸線理論：傳輸線理論：匹配方法之二匹配方法之二 (二二) 分支匹配器分支匹配器 分支匹配器的原理是利用在傳輸線上并接或串接終端短路或開(kāi)路的分支匹配器的原理是利用在傳輸線上并接或串接終端短路或開(kāi)路的分支線，產(chǎn)生新的反射波來(lái)抵消原來(lái)的反射波，從而達(dá)到阻抗匹配。分支線，產(chǎn)生新的反射波來(lái)抵消原來(lái)的反射波，從而達(dá)到阻抗匹配。 分支匹配器又分為單分支、雙分支和三分支匹配器。分支匹配器又分為單分支、雙分支和三分支匹配器。 1. 單分支匹配器單分支匹配器 單分支匹配的原理如圖所示單分支匹配的原理如圖所示。 第二章第二章 傳輸線理論：傳輸線理論：匹配方法之三匹配方法之三 2. 雙分支匹配器雙分支匹配器 3. 三分支匹配器三分支匹配器 雙分支匹配器存在的匹配死雙分支匹配器存在的匹配死區(qū)，可采用三分支匹配器來(lái)消區(qū)，可采用三分支匹配器來(lái)消除，如圖所示。其調(diào)配原理與除，如圖所示。其調(diào)配原理與雙分支相同，僅增加一個(gè)分支。