工程電磁場之七均勻傳輸線中的導行電磁波

1、第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波Guided Electromagnetic Wave in Uniform Transmission Line第七章第七章 均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波下 頁返 回1.1.熟練掌握均勻傳輸線的穩(wěn)態(tài)分析方法熟練掌握均勻傳輸線的穩(wěn)態(tài)分析方法3.3.掌握有損耗傳輸線的無畸變條件掌握有損耗傳輸線的無畸變條件l 重點：重點：2.2.深刻理解電壓波和電流波的傳播特性深刻理解電壓波和電流波的傳播特性 ( ( 行波、駐波、匹配等行波、駐波、匹配等 ) ) 第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波7.0

2、 7.0 引言引言1. 1. 傳輸線的定義和分類傳輸線的定義和分類下 頁上 頁用以引導電磁波，將電磁能或電磁信號從一點定向用以引導電磁波，將電磁能或電磁信號從一點定向地傳輸?shù)搅硪稽c的電磁器件稱為傳輸線。要求達到地傳輸?shù)搅硪稽c的電磁器件稱為傳輸線。要求達到最大效率的傳輸能量。最大效率的傳輸能量。分類分類 傳遞橫電磁波（傳遞橫電磁波（TEM波）的平行雙線波）的平行雙線 、同軸電纜、同軸電纜 、平行板等雙導體系統(tǒng)傳輸線。工作頻率為米波段平行板等雙導體系統(tǒng)傳輸線。工作頻率為米波段（受限于輻射損耗）。（受限于輻射損耗）。定義定義一般按傳輸線上傳遞電磁波的類型分為：一般按傳輸線上傳遞電磁波的類型分為： 傳

3、遞橫電波（傳遞橫電波（TE波）或橫磁波（波）或橫磁波（TM波）的單導體系波）的單導體系統(tǒng)，如金屬波導和介質波導等。工作頻率為厘米波段統(tǒng)，如金屬波導和介質波導等。工作頻率為厘米波段第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波2. 2. 傳輸線的分析方法傳輸線的分析方法下 頁上 頁傳輸線的分析研究可以從路和場兩種觀點著手討論。傳輸線的分析研究可以從路和場兩種觀點著手討論。場的方法場的方法路的方法路的方法 當傳輸線的長度當傳輸線的長度 l , ,稱為短線，可以忽略電稱為短線，可以忽略電磁波沿線傳播所需的時間，即不計滯后效應，磁波沿線傳播所需的時間，即不計滯后效應，沿線的電磁沿線的

4、電磁場可作似穩(wěn)場，可用集中參數(shù)的電路來描述。場可作似穩(wěn)場，可用集中參數(shù)的電路來描述。 當傳輸線的長度當傳輸線的長度 l , ,稱為長線，滯后效應不稱為長線，滯后效應不可忽視，沿線傳播的電磁波不僅是時間的函數(shù)，而且是空可忽視，沿線傳播的電磁波不僅是時間的函數(shù)，而且是空間坐標的函數(shù)，必須間坐標的函數(shù)，必須用麥克斯韋方程描述。用麥克斯韋方程描述。場路結合的方法場路結合的方法 從場的觀點出發(fā)根據(jù)麥克斯韋方程導從場的觀點出發(fā)根據(jù)麥克斯韋方程導出傳輸線的基本方程，得到分布參數(shù)電路，然后用路的方出傳輸線的基本方程，得到分布參數(shù)電路，然后用路的方法研究傳輸線中的電磁過程。法研究傳輸線中的電磁過程。第第 七七

5、章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波 均勻傳輸線均勻傳輸線下 頁上 頁 7.17.1 無損耗均勻傳輸線方程無損耗均勻傳輸線方程 (Lossless Uniform Transmission Line Equation)1. 1. 無損耗均勻傳輸線上的無損耗均勻傳輸線上的TEM波波討論的前提討論的前提 傳輸線沿線的電介質性質、導體截面、傳輸線沿線的電介質性質、導體截面、導體間的幾何距離處處相同。導體間的幾何距離處處相同。 無損耗線無損耗線 構成傳輸線的導體是理想導體，線間構成傳輸線的導體是理想導體，線間的介質是理想介質。的介質是理想介質。 傳輸線兩導體間的距離傳輸線兩導體間的距離

6、 d ，忽略傳輸線橫向方向的，忽略傳輸線橫向方向的滯后效應，認為系統(tǒng)中除了負載吸收能量外無其他形式滯后效應，認為系統(tǒng)中除了負載吸收能量外無其他形式的能量損耗。的能量損耗。第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波zii 在在xy平面橫向電場和橫向磁場滿足方程：平面橫向電場和橫向磁場滿足方程：下 頁上 頁iizzAA TzBAB根據(jù)根據(jù)021zttEEETEE 0zB0 tdlEzzzzIds tDIdlH0TEJHT結論結論 無損耗均勻傳輸線周圍的電磁波只有橫向分量，無損耗均勻傳輸線周圍的電磁波只有橫向分量，即傳輸?shù)氖羌磦鬏數(shù)氖荰EMTEM波。波。 TEMTEM波的電場和

7、磁場在傳輸線橫截面內的分布波的電場和磁場在傳輸線橫截面內的分布和靜態(tài)場的分布完全一樣；和靜態(tài)場的分布完全一樣；第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波下 頁上 頁結論結論 根據(jù)無損耗均勻傳輸線周圍根據(jù)無損耗均勻傳輸線周圍TEMTEM波的特點，可波的特點，可以引入電路中電壓和電流的概念，把電壓與電場、以引入電路中電壓和電流的概念，把電壓與電場、電流與磁場聯(lián)系起來得到用電壓和電流表示的傳電流與磁場聯(lián)系起來得到用電壓和電流表示的傳輸線方程。輸線方程。 2. 2. 無損耗均勻傳輸線方程無損耗均勻傳輸線方程iiz120TETE因此在因此在z=C的任意的任意xy平面內，定義兩導線之

8、間的電壓平面內，定義兩導線之間的電壓12),(tzudzadcbBdzt dlEuucbaddacb0t iLt zu00單位長度單位長度的磁通的磁通第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波下 頁上 頁dzadcbBziLzAAlAzzzzdd)(dd012cbad0ziLAAzzz012)(應用洛侖茲規(guī)范應用洛侖茲規(guī)范0tA011tzAz022tzAz0)( )(1212tAAzzz00t u Cz i00CL第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波下 頁上 頁00tuCzi00tiLzu結論結論 無損耗均勻傳輸線沿線有感應電勢存在導致兩導無損

9、耗均勻傳輸線沿線有感應電勢存在導致兩導體間的電壓隨距離體間的電壓隨距離 z 而變化；而變化； 無損耗均勻傳輸線方程也稱為電報方程，反映沿無損耗均勻傳輸線方程也稱為電報方程，反映沿線電壓電流的變化。線電壓電流的變化。 無損耗均勻傳輸線沿線有位移電流存在，導致導無損耗均勻傳輸線沿線有位移電流存在，導致導線中的傳導電流隨距離線中的傳導電流隨距離 z 而變化而變化 ； 無損耗均勻傳輸線方程適用于任意截面的由理想無損耗均勻傳輸線方程適用于任意截面的由理想導體組成的二線傳輸線。導體組成的二線傳輸線。第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波下 頁上 頁3. 3. 無損耗均勻傳輸線的電

10、路模型無損耗均勻傳輸線的電路模型 整個傳輸線可以看成是由許許多多微小的線元整個傳輸線可以看成是由許許多多微小的線元dzdz級聯(lián)而成級聯(lián)而成根據(jù)傳輸線方程可以得到傳輸線的等值電路模型根據(jù)傳輸線方程可以得到傳輸線的等值電路模型 電容和電感連續(xù)且均勻地分布在整個傳輸線上電容和電感連續(xù)且均勻地分布在整個傳輸線上 每一個線元可以看成是集總參數(shù)的電路，因而可以將基每一個線元可以看成是集總參數(shù)的電路，因而可以將基爾霍夫定律應用到這個電路的回路和節(jié)點。爾霍夫定律應用到這個電路的回路和節(jié)點。模型特點zL 0zC 0zL 0zL 0zC 0zC 0 無損耗均勻傳輸線的電氣性質由無損耗均勻傳輸線的電氣性質由L0和和

11、C0決定，其值可以決定，其值可以按照相應靜態(tài)場中的定義和方法來計算。按照相應靜態(tài)場中的定義和方法來計算。原參數(shù)原參數(shù)第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波7.27.2 無損耗均勻傳輸線的傳播特性無損耗均勻傳輸線的傳播特性1.1. 無損耗均勻傳輸線方程的解無損耗均勻傳輸線方程的解下 頁上 頁00tuCzi00tiLzu2222200221tuvtuCLzu2222200221tivtiCLzi波動方程波動方程1100CLv類比平面類比平面波得通解波得通解)()(),(vztivztitzi)()(),(vztuvztutzu 瞬態(tài)解瞬態(tài)解第第 七七 章章均勻傳輸線中的導

12、行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波u+ 入射電壓波、入射電壓波、 u- - 反射電壓波；反射電壓波； i+ 入射電流波、入射電流波、 i- - 反射電流波。反射電流波。下 頁上 頁 正弦穩(wěn)態(tài)解正弦穩(wěn)態(tài)解UkUCLzdUd200222)j (220022tuCLzu220022tiCLzi瞬態(tài)形式瞬態(tài)形式復數(shù)形式復數(shù)形式IkzdId222式中式中00CLjjk傳播常數(shù)傳播常數(shù)第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波方程的解方程的解zzzzeIeIzI eUeUzU jjjj)()(下 頁上 頁瞬時式瞬時式)cos(2)cos(2),(21uuztUztUtzu)cos(2)

13、cos(2),(21iiztIztItzi結論結論 傳輸線方程的解與無限大理想介質中傳播的均勻傳輸線方程的解與無限大理想介質中傳播的均勻平面波的解有相同的形式，因此第六章中的一些結論和分平面波的解有相同的形式，因此第六章中的一些結論和分析方法可以應用于傳輸線。即沿線總的電壓為入射波電壓析方法可以應用于傳輸線。即沿線總的電壓為入射波電壓和反射波電壓的合成，總的電流為入射波電流和反射波電和反射波電壓的合成，總的電流為入射波電流和反射波電流的合成。流的合成。第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波下 頁上 頁2.2. 無損耗均勻傳輸線的傳輸參數(shù)無損耗均勻傳輸線的傳輸參數(shù) 傳輸

14、線的傳輸參數(shù)是指由傳輸線的結構尺寸、填充的傳輸線的傳輸參數(shù)是指由傳輸線的結構尺寸、填充的媒質及工作頻率所決定的量。主要有傳輸線的特性阻抗、媒質及工作頻率所決定的量。主要有傳輸線的特性阻抗、傳播常數(shù)、導行波的相速度和波長。對于無損耗均勻傳輸傳播常數(shù)、導行波的相速度和波長。對于無損耗均勻傳輸線，這些參數(shù)的值由傳輸線分布參數(shù)線，這些參數(shù)的值由傳輸線分布參數(shù)L0、C0和頻率決定。和頻率決定。 傳播常數(shù)傳播常數(shù)jk 00CL相位常數(shù)與頻相位常數(shù)與頻率成線性關系率成線性關系 特性阻抗特性阻抗00tiLzuILjdzUd0第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波下 頁上 頁001()

15、jzjzdUIU eU ej LdzL)(00zjzjeUeULCzjzjeIeI000CLIUIUZ定義定義特性阻抗特性阻抗01Z注意注意 無損耗傳輸線的特性阻抗為一實數(shù)無損耗傳輸線的特性阻抗為一實數(shù) 特性阻抗的計算不同于波阻抗特性阻抗的計算不同于波阻抗 00000CLCLZ一般平行雙線常用的特性阻抗值為一般平行雙線常用的特性阻抗值為 250 ，400 ，600 同軸線常用的特性阻抗值為同軸線常用的特性阻抗值為 50和和75。第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波下 頁上 頁 相速度相速度相速度的定義與平面電磁波的相速度定義完全一樣相速度的定義與平面電磁波的相速度定

16、義完全一樣電壓或電流行波等相位面移動的速度電壓或電流行波等相位面移動的速度 1100CL常數(shù)常數(shù) 波長波長行波電壓或電流相位相差行波電壓或電流相位相差2 的兩點間距離的兩點間距離 0012CLfvT 第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波7.37.3 無損耗均勻傳輸線的工作參數(shù)無損耗均勻傳輸線的工作參數(shù) 傳輸線的工作參數(shù)主要有傳輸線的入端阻抗、反射系數(shù)傳輸線的工作參數(shù)主要有傳輸線的入端阻抗、反射系數(shù)和透射系數(shù)、駐波系數(shù)。這些參數(shù)與傳輸線所接負載和透射系數(shù)、駐波系數(shù)。這些參數(shù)與傳輸線所接負載ZL密切密切相關。掌握這些參數(shù)對分析傳輸線問題是很有用的。相關。掌握這些參數(shù)對分

17、析傳輸線問題是很有用的。 下 頁上 頁1.1.無損耗均勻傳輸線的入端阻抗無損耗均勻傳輸線的入端阻抗 傳輸線上任意點的入端阻抗等于該點的總電壓與傳輸線上任意點的入端阻抗等于該點的總電壓與總電流之比：總電流之比： 定義定義zZUjIzIZjzUzIzUzZinsin)cossincos)()()(02220222IUZL第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波zZjZzZjZZzZLLn itantan)(000)tan()tan(znz )2 , 1 , 0(n lZjZlZjZZlZ LLn i2tan2tan)(000a,b端阻抗端阻抗)()2(zZnzZii下 頁上

18、 頁結論結論 入端阻抗和傳輸線的特性阻抗、工作頻率、傳入端阻抗和傳輸線的特性阻抗、工作頻率、傳輸線的長度輸線的長度 l 及終端負載有關。及終端負載有關。 入端阻抗每隔半個波長重復出現(xiàn)一次，即入端阻抗每隔半個波長重復出現(xiàn)一次，即 第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波0ZZL下 頁上 頁討論不同負載討論不同負載ZL下下 入端阻抗入端阻抗的變化規(guī)律的變化規(guī)律 終端負載等于特性阻抗時的入端阻抗終端負載等于特性阻抗時的入端阻抗00002tan2tanZlZjZlZjZZZLLi特點特點 沿線各點入端阻抗等于特性阻抗，與線長無關，這沿線各點入端阻抗等于特性阻抗，與線長無關，這種

19、情況稱為傳輸線匹配；種情況稱為傳輸線匹配； 終端短路時的入端阻抗終端短路時的入端阻抗0LZXjlZjZi2tan0第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波實際應用中，可用實際應用中，可用 的無損的無損短路線等效替代一個電感。短路線等效替代一個電感。4l 用等于四分之一波長的短路線作為用等于四分之一波長的短路線作為理想的并聯(lián)諧振電路。理想的并聯(lián)諧振電路。4l02l4 X00X感性感性容性容性下 頁上 頁特點特點終端短路的無損耗均勻傳輸線的入端阻抗具有純電抗性質終端短路的無損耗均勻傳輸線的入端阻抗具有純電抗性質 01tan2ZLl第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻

20、傳輸線中的導行電磁波LZ下 頁上 頁lZjlZjZlZjZZZLLi2cot2tan2tan0000特點特點 終端開路時的入端阻抗終端開路時的入端阻抗終端開路的無損耗均勻傳輸線的入端阻抗具有純電抗性質終端開路的無損耗均勻傳輸線的入端阻抗具有純電抗性質 40l24l0X X0容性容性感性感性實際應用中，可用實際應用中，可用 的無損的無損開路線等效替代一個電容。開路線等效替代一個電容。4l第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波下 頁上 頁 終端接純電抗性負載時的入端阻抗終端接純電抗性負載時的入端阻抗jXZL 入端阻抗的分布與終端短路或開路傳入端阻抗的分布與終端短路或開路傳

21、輸線的電抗分布圖類似。因為總可以在終輸線的電抗分布圖類似。因為總可以在終端短路或開路傳輸線的適當位置找到等于端短路或開路傳輸線的適當位置找到等于X的電抗值。的電抗值。jXiZ第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波 /4 線段的入端阻抗線段的入端阻抗下 頁上 頁當當l4或或l（2n1）4時時l2tanLZZ20lZjZlZjZZZLLi2tan2tan000特點特點負載阻抗經(jīng)過負載阻抗經(jīng)過 /4無損耗傳輸線變換到輸入端后等于它無損耗傳輸線變換到輸入端后等于它的倒數(shù)與特性阻抗平方的乘積。利用的倒數(shù)與特性阻抗平方的乘積。利用 /4線的這一阻抗線的這一阻抗特性可作成特性可作成

22、 4 4阻抗變換器。阻抗變換器。 /2 線段的入端阻抗線段的入端阻抗當當l2或或ln4時時02tanl第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波下 頁上 頁LZlZjZlZjZZZLLi2tan2tan000特點特點 負載阻抗經(jīng)過負載阻抗經(jīng)過/2無損耗傳輸線變換到輸入端后仍無損耗傳輸線變換到輸入端后仍等于其本來的阻抗，說明傳輸線上的阻抗分布具有等于其本來的阻抗，說明傳輸線上的阻抗分布具有/2的周期性。的周期性。結論結論 通過測量一段傳輸線在終端短路和開路情況下的入通過測量一段傳輸線在終端短路和開路情況下的入端阻抗，可以計算出該傳輸線的特性阻抗和傳播常數(shù)。端阻抗，可以計算出

23、該傳輸線的特性阻抗和傳播常數(shù)。第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波2. 2. 反射系數(shù)和透射系數(shù)反射系數(shù)和透射系數(shù) 反射系數(shù)反射系數(shù)下 頁上 頁 電壓或電流入射波沿線傳輸?shù)讲痪鶆蛱帟r發(fā)生反射和透電壓或電流入射波沿線傳輸?shù)讲痪鶆蛱帟r發(fā)生反射和透射現(xiàn)象。常見的不均勻處有：阻抗值不同于傳輸線特性阻抗射現(xiàn)象。常見的不均勻處有：阻抗值不同于傳輸線特性阻抗的負載處和兩對特性阻抗值不同的傳輸線的聯(lián)接處。的負載處和兩對特性阻抗值不同的傳輸線的聯(lián)接處。 z jz jzeUeU入射波電壓入射波電壓反射波電壓反射波電壓)()()(21)(21202202202202IZUIZUIZUIZ

24、UUUL定義：定義：z jLe2LjLLLeZZZZ00任一點的反射系數(shù)任一點的反射系數(shù)終端反射系數(shù)終端反射系數(shù)zLz2Lz第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波兩對均勻傳輸線連接處的反射系數(shù)兩對均勻傳輸線連接處的反射系數(shù)反射系數(shù)反射系數(shù)01020102ZZZZUULz = 0 處處下 頁上 頁z jzeUeUU11j1)(111j011z jzeUeUZIzeUU2j2zeUZI2j02212121II UUUUU010ZUUZU2第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波 兩對均勻傳輸線連接處的透射系數(shù)兩對均勻傳輸線連接處的透射系數(shù)z = 0

25、 處處0102022ZZZUU透射系數(shù)透射系數(shù)下 頁上 頁UUU010ZUUZU2定義：定義：入射波電壓入射波電壓透射波電壓透射波電壓L1第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波用反射系數(shù)和透射系數(shù)表示沿線各點電壓、電流和入端阻抗用反射系數(shù)和透射系數(shù)表示沿線各點電壓、電流和入端阻抗 z 0 z0下 頁上 頁)1 ()()(111jj1zzz jLzeUeeUzU)1 ()()(111j01j011zzz jLzeZUeeZUzIzzeUeUzU22jj2)(zeZU zI2j012)(z jLz jLieeZzIzUZ22011)()(LLLZZ110第第 七七 章章均

26、勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波 駐波系數(shù)駐波系數(shù) SLLminmaxUUUUUUS11下 頁上 頁 傳輸線上反射波的大小除了用反射系數(shù)表示以外，還可傳輸線上反射波的大小除了用反射系數(shù)表示以外，還可用駐波系數(shù)表示。用駐波系數(shù)表示。 傳輸線上入射波和反射波相互干涉形成駐波。入射波傳輸線上入射波和反射波相互干涉形成駐波。入射波電壓和反射波電壓相位相同的點處，疊加得最大電壓，相電壓和反射波電壓相位相同的點處，疊加得最大電壓，相位相反的點處疊加得最小電壓，定義電壓最大值與電壓最位相反的點處疊加得最小電壓，定義電壓最大值與電壓最小值之比為電壓駐波系數(shù)或電壓駐波比小值之比為電壓駐波系數(shù)或電壓

27、駐波比 第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波7.4 7.4 無損耗均勻傳輸線工作狀態(tài)的分析無損耗均勻傳輸線工作狀態(tài)的分析1. 1. 行波狀態(tài)行波狀態(tài)0ZZL0L下 頁上 頁 傳輸線終端所接負載不同，反射系數(shù)就不同，線上波傳輸線終端所接負載不同，反射系數(shù)就不同，線上波的分布或說傳輸線的工作狀態(tài)不同。按照不同負載，可將的分布或說傳輸線的工作狀態(tài)不同。按照不同負載，可將傳輸線的工作狀態(tài)分為行彼、駐波和行駐波三種類型。傳輸線的工作狀態(tài)分為行彼、駐波和行駐波三種類型。 傳輸線上只有入射波傳輸線上只有入射波 傳輸線無限長傳輸線無限長 傳輸線處于匹配狀態(tài)傳輸線處于匹配狀態(tài)z jz

28、 jeZUzI eUzU0)()(特點特點 沿線電壓、電流振幅不變；沿線電壓、電流振幅不變； 第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波 沿線電壓、電流同相位；沿線電壓、電流同相位； 電源發(fā)出的能量全部被負載吸收，傳輸效率最高。電源發(fā)出的能量全部被負載吸收，傳輸效率最高。下 頁上 頁 沿線的入端阻抗和駐波比為：沿線的入端阻抗和駐波比為：0)()(ZzIzUZi111LLminmaxUUS2. 2. 駐波狀態(tài)駐波狀態(tài)傳輸線上出現(xiàn)全反射傳輸線上出現(xiàn)全反射100LZZZZLL 終端開路終端開路 終端短路終端短路 終端接純電抗終端接純電抗10LL ,Z1LL ,Z1LL , x

29、jZ第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波電壓波腹，電流波節(jié)電壓波腹，電流波節(jié) 電壓和電流在時間上相差電壓和電流在時間上相差90，無能量傳播，電能與磁能，無能量傳播，電能與磁能在在 空間相互轉換?？臻g相互轉換。4), 2 , 1 , 0( 2nnnz 當當 ，nz電壓波節(jié)，電流波腹電壓波節(jié)，電流波腹)2 , 1 , 0( 4) 12(nnz當當 ，212 nz下 頁上 頁特點特點 沿線電壓、電流無波動性，振幅是位置沿線電壓、電流無波動性，振幅是位置z的函數(shù)；的函數(shù)； 沿線的入端阻抗和駐波比為：沿線的入端阻抗和駐波比為： jXzIzUZi)()(LLS11第第 七七 章

30、章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波3. 3. 行駐波狀態(tài)行駐波狀態(tài))()(zjzjzjeeUeUU= 行波行波 + + 駐波駐波zjzjeUeUzU)(zjzjeUeU部分電磁波反射部分電磁波反射10L下 頁上 頁傳輸線上既有行波又有駐波傳輸線上既有行波又有駐波0ZjXRZLzUeUzjLcos2)1 (zZUjeZUzIzjLsin2)1 ()(00z0UUUUUminmax0211S1LL 第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波下 頁上 頁討論討論 行駐波的最大和最小值的位置行駐波的最大和最小值的位置zjLzjeUeUzU)()e1 (j2jLjL

31、zzeeU當當02LzLLz42max)(Uzu第一個電壓最大值距終端的距離第一個電壓最大值距終端的距離 Lz4max第一個電壓最小值距終端的距離第一個電壓最小值距終端的距離 44zLinm 行駐波的最大和最小值處的入端阻抗行駐波的最大和最小值處的入端阻抗SZZIUZLL00minmaxmax11SZZIUZLLaxminminm0011實數(shù)，并取得最大和最小值實數(shù)，并取得最大和最小值 第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波4. 4. 傳輸線的傳輸功率傳輸線的傳輸功率下 頁上 頁 zIzUPRe)1 ()(2020202LZUZUZUP0minmaxZUU入射功率入射

32、功率反射功率反射功率匹配時匹配時02ZUP第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波7.57.5 無損耗均勻傳輸線的阻抗匹配無損耗均勻傳輸線的阻抗匹配下 頁上 頁 傳輸線工作在匹配狀態(tài)時傳輸效率最高，但在實際中，傳輸線工作在匹配狀態(tài)時傳輸效率最高，但在實際中，傳輸線的負載阻抗往往不等于特性阻抗，這就需要采取一些傳輸線的負載阻抗往往不等于特性阻抗，這就需要采取一些措施以達到阻抗匹配措施以達到阻抗匹配 。1. /4 阻抗變換器阻抗變換器 當當ZL=R, 接入接入/4無損線可實現(xiàn)線路阻抗匹配，無損線可實現(xiàn)線路阻抗匹配，RZRjZZjRZZi20101010142tan42tan

33、RZZZi/2010001RZZ第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波2. 負載為任意阻抗負載為任意阻抗 XRZLj從終端沿線找到第一個電壓極值點從終端沿線找到第一個電壓極值點 zmax 或或 zmin ，因，因SZzZ SZzZminimaxi0101)()(接入接入/4無損線使?jié)M足無損線使?jié)M足0102ZZZi可實現(xiàn)阻抗匹配?？蓪崿F(xiàn)阻抗匹配。下 頁上 頁注意注意 負載阻抗為純電阻時才能使用負載阻抗為純電阻時才能使用 4 4阻抗變換器達到傳輸線匹配；阻抗變換器達到傳輸線匹配； 應用變換器后在主傳輸線上消除反射波，但在串接的應用變換器后在主傳輸線上消除反射波，但在串接的

34、 4 4傳輸線上，仍有反射波；傳輸線上，仍有反射波；1 1 4 4線的長度取決于波長，故這種匹配方法只對一個頻線的長度取決于波長，故這種匹配方法只對一個頻率點得到理想匹配，當頻率變化時，匹配將被破壞。率點得到理想匹配，當頻率變化時，匹配將被破壞。 第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波下 頁上 頁2. 單短截線匹配法單短截線匹配法 利用單短截線和主傳輸線并聯(lián)來實現(xiàn)傳輸線匹配的方法利用單短截線和主傳輸線并聯(lián)來實現(xiàn)傳輸線匹配的方法稱為單短截線匹配法。稱為單短截線匹配法。 思路思路jXRZL調整調整 l1 和和 l22101/ZZZ匹配分兩步實現(xiàn)，首先調整匹配分兩步實現(xiàn)，首

35、先調整 l1101111jBZZ再調整短截線長度再調整短截線長度 l21221jBjBZ注意注意 消除了主傳輸線上的反射波，但從并接點到消除了主傳輸線上的反射波，但從并接點到負載之間仍為行駐波。負載之間仍為行駐波。第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波下 頁上 頁2. 雙短截線匹配法雙短截線匹配法 思路思路 方法的實質是用短截線上附加的反射波來抵消主傳輸線上原方法的實質是用短截線上附加的反射波來抵消主傳輸線上原來的反射波以實現(xiàn)匹配。匹配方法對頻率敏感，當頻率或負來的反射波以實現(xiàn)匹配。匹配方法對頻率敏感，當頻率或負載變化時需重新調整，這在實際運作時是困難的。載變化時需重

36、新調整，這在實際運作時是困難的。 固定固定 d1 和和d2調整調整 l1 和和 l20ZZABZLd2d1l2l1AB第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波7.6 7.6 有損耗均勻傳輸線有損耗均勻傳輸線下 頁上 頁 實際的傳輸線是有損耗的。損耗來自傳輸線導體的損耗及實際的傳輸線是有損耗的。損耗來自傳輸線導體的損耗及導體之間介質的損耗，即導體本身有電阻，導體之間的介質有導體之間介質的損耗，即導體本身有電阻，導體之間的介質有漏電導。漏電導。 1.1.有損耗均勻傳輸線的方程及其解有損耗均勻傳輸線的方程及其解認為認為Ez ET T ，電磁波近似為，電磁波近似為 TEM 波。

37、傳輸線方程為波。傳輸線方程為000iRtiLZu000uGtuCzi第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波UkUGcjRLjzdUd2000022)(IkIGcjRLjzdId2000022)(0000j(j)(j)kLRCGZY下 頁上 頁IRL jdzUd00UGCjdzId00傳播常數(shù)傳播常數(shù)通解通解)(1)()(0zjzzjzzjzzjzeeUeeUZzI eeUeeUzU 與無損耗與無損耗傳輸線方傳輸線方程相似程相似第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波下 頁上 頁入射波的瞬時式入射波的瞬時式z t eUtzuazcos2,zazz

38、 t eZUtzicos2,0特點特點)/()(00000GCjRLjZ（復數(shù)）（復數(shù)）特性阻抗特性阻抗 電壓和電流波的振幅隨著波的前進按指數(shù)規(guī)電壓和電流波的振幅隨著波的前進按指數(shù)規(guī)律衰減；律衰減； 電壓和電流波在時間上相差一個相位；電壓和電流波在時間上相差一個相位； 電壓和電流波與導電媒質中的均勻平面波相電壓和電流波與導電媒質中的均勻平面波相似。似。第第 七七 章章均勻傳輸線中的導行電磁波均勻傳輸線中的導行電磁波下 頁上 頁1.1.有損耗均勻傳輸線的參數(shù)有損耗均勻傳輸線的參數(shù) 有損耗傳輸線的原參數(shù)有損耗傳輸線的原參數(shù)0000C L G R 原參數(shù)是組成傳輸線等效分布參數(shù)電路的基本量。原參數(shù)是組成傳輸線等效分布參數(shù)電路的基本量。由傳輸線的幾何尺寸、相互位置及周圍媒質的物理特性由傳輸線的幾何尺寸、相互位置及周圍媒質的物理特性決定。當傳輸線上的電流變化率很小時，可以按靜態(tài)場決定。當傳輸線上的電