工程中傳輸線(xiàn)損耗的特性課件

<1>2.4連接電纜的損耗<1>2.4連接電纜的損耗<2>在實(shí)際工程中，電纜的理論模型往往根據(jù)不同的工程問(wèn)題特點(diǎn)而不同。從電磁的角度來(lái)看，頻率的高低會(huì)使得電纜呈現(xiàn)出不同的特點(diǎn)。在低頻時(shí)，電纜可以通過(guò)簡(jiǎn)單的連接線(xiàn)形式來(lái)代替，而在高頻時(shí)，電纜則需要通過(guò)傳輸線(xiàn)理論來(lái)描述。<2>在實(shí)際工程中，電纜的理論模型往往根據(jù)不同的工程問(wèn)題特點(diǎn)<3>傳輸線(xiàn)的處理對(duì)于傳輸問(wèn)題，從Maxwell’sequations出發(fā)可以得到Helmholtz’sequation：其中，。一般情況下，傳輸線(xiàn)的橫截面沿縱向分布是不變的。在確定縱向后，于是就可以令方程中的場(chǎng)量為<3>傳輸線(xiàn)的處理對(duì)于傳輸問(wèn)題，從Maxwell’sequ<4>采用分離變量法，同時(shí)考慮可以得到

其中，。上面兩個(gè)方程支配了傳輸線(xiàn)的特征，其中第一個(gè)方程描述了橫向的特征，第二個(gè)方程描述了縱向特征。<4>采用分離變量法，同時(shí)考慮可以得到<5>一般而言，傳輸線(xiàn)的結(jié)構(gòu)使得波在橫向構(gòu)成駐波分布（包括以橫向無(wú)限遠(yuǎn)為邊界的廣義駐波分布）。例如：金屬波導(dǎo)，同軸線(xiàn)等橫向封閉結(jié)構(gòu)中的場(chǎng)；介質(zhì)波導(dǎo)（光纖等），非屏蔽微帶線(xiàn)等橫向開(kāi)放結(jié)構(gòu)中的場(chǎng)。對(duì)于開(kāi)放結(jié)構(gòu)由于縱、橫變量分離，可以認(rèn)為以橫向無(wú)限遠(yuǎn)為封閉邊界的廣義橫向封閉系統(tǒng)。這種思想在天線(xiàn)輻射、散射等問(wèn)題中可以見(jiàn)到，顯然對(duì)于由此推廣的一般性研究這這種思想也是可以采用的。<5>一般而言，傳輸線(xiàn)的結(jié)構(gòu)使得波在橫向構(gòu)成駐波分布（包括以<6>縱向方程是典型的二次方程，其通解為：該解表示了場(chǎng)沿縱向傳播。具體方向由端口條件決定。縱向場(chǎng)傳播<6>縱向方程是典型的二次方程，其通解為：縱向場(chǎng)傳播<7>前面是一般性討論。正如前面所提到的，對(duì)于不同的傳輸線(xiàn)橫向問(wèn)題由于不同的橫向邊界條件，因此求解也就不盡相同。但顯然從上面第二個(gè)方程可以看到,縱向問(wèn)題具有相同的傳播形式。為了分析方便，在研究傳輸問(wèn)題時(shí)，可以將各種傳輸線(xiàn)一致等效為雙線(xiàn)形式。在單模傳輸時(shí)，一條傳輸線(xiàn)可以等效為一對(duì)雙線(xiàn)。多模傳輸時(shí)，通常在無(wú)耗或可做忽略的小損耗的情況，由于模式之間沒(méi)有耦合，如果問(wèn)題中有n

個(gè)模式，一條傳輸線(xiàn)可以等效為n對(duì)雙線(xiàn)。<7>前面是一般性討論。正如前面所提到的，對(duì)于不同的傳輸線(xiàn)橫<8>傳輸模式分解實(shí)際傳輸電纜線(xiàn)傳輸線(xiàn)電磁模型<8>傳輸模式分解實(shí)際傳輸電纜線(xiàn)傳輸線(xiàn)電磁模型<9>幾種典型傳輸線(xiàn)的剖面圖示一般性傳輸線(xiàn)的場(chǎng)分布圖示左圖具有一般代表性。從數(shù)學(xué)角度來(lái)看，由于如圖所示的兩導(dǎo)體可以通過(guò)線(xiàn)積分聯(lián)系，因此該結(jié)構(gòu)中的電場(chǎng)與電壓間就具有物理的相關(guān)性。由于電、磁具有的固有聯(lián)系，因此磁場(chǎng)與電流也能建立類(lèi)似的相關(guān)性。<9><9>幾種典型傳輸線(xiàn)的剖面圖示一般性傳輸線(xiàn)的場(chǎng)分布圖示左圖具<10>采用基爾霍夫定律基本傳輸線(xiàn)理論模型通過(guò)上面模型，就可以得到回路電壓關(guān)系，類(lèi)似可以得到電流關(guān)系。<10>采用基爾霍夫定律基本傳輸線(xiàn)理論模型通過(guò)上面模型，就可<11>從基本傳輸模型可以得到：傳輸線(xiàn)通常用其特性阻抗和傳輸線(xiàn)上波的傳播速度來(lái)表征其特性。電磁兼容問(wèn)題中感興趣的是當(dāng)給傳輸線(xiàn)施加任意的時(shí)域脈沖時(shí)傳輸線(xiàn)呈現(xiàn)的特性，但人們常常關(guān)注其正弦穩(wěn)態(tài)特性（當(dāng)所有瞬態(tài)現(xiàn)象消失后，傳輸線(xiàn)對(duì)單一頻率的正弦激勵(lì)的響應(yīng)特性，可以理解為譜分析的思想）。<11>從基本傳輸模型可以得到：傳輸線(xiàn)通常用其特性阻抗和傳輸<12>典型同軸電纜的阻抗特性<12>典型同軸電纜的阻抗特性<13>正弦穩(wěn)態(tài)激勵(lì)下，傳輸線(xiàn)上坐標(biāo)z處的電壓和電流方程為：其中，α表示傳輸線(xiàn)損耗（傳輸線(xiàn)導(dǎo)體及其相關(guān)媒質(zhì)的損耗）所導(dǎo)致的衰減常數(shù)，如果傳輸線(xiàn)是無(wú)損耗的，則α=0，(Np/m)。而β表示波沿傳輸線(xiàn)傳播時(shí)波本身的相移，即相位常數(shù)，(rad/m)。<13>正弦穩(wěn)態(tài)激勵(lì)下，傳輸線(xiàn)上坐標(biāo)z處的電壓和電流方程為：<14>若定義正、反向波，則有：：正向波：反向波則有，電壓反射系數(shù)定義為反向電壓與正向電壓的比值<14>若定義正、反向波，則有：：正向波：反向波則有，電壓反<15>負(fù)載端的電壓反射系數(shù)定義為傳輸線(xiàn)上任意位置處的反射系數(shù)與負(fù)載端的反射系數(shù)的關(guān)系為于是，就可用反射系數(shù)表示傳輸線(xiàn)上任意位置處的電壓和電流方程<15>負(fù)載端的電壓反射系數(shù)定義為傳輸線(xiàn)上任意位置處的反射系<16>傳輸線(xiàn)上任意位置處的輸入阻抗可由電壓與電流相量的比值：如果ZL=Zc，則傳輸線(xiàn)被認(rèn)為是匹配的，負(fù)載端的反射系數(shù)和傳輸線(xiàn)上任意位置處的反射系數(shù)均為0，傳輸線(xiàn)上沒(méi)有反向行波。因此，匹配傳輸線(xiàn)的表達(dá)式可簡(jiǎn)化為<16>傳輸線(xiàn)上任意位置處的輸入阻抗可由電壓與電流相量的比值<17>匹配傳輸線(xiàn)上任意位置處的輸入阻抗為：傳輸線(xiàn)上任意位置z處向負(fù)載方向傳輸?shù)钠骄β蕿椋浩ヅ鋾r(shí)，傳輸線(xiàn)上任意位置處向負(fù)載方向傳輸?shù)钠骄β蕿椋?lt;17>匹配傳輸線(xiàn)上任意位置處的輸入阻抗為：傳輸線(xiàn)上任意位置<18>電纜輸入功率為：傳輸?shù)截?fù)載的功率為：電纜的功率損耗定義為：工程中，電纜損耗定義為電纜輸入功率與輸出功率之比<18>電纜輸入功率為：傳輸?shù)截?fù)載的功率為：電纜的功率損耗定<19>電纜產(chǎn)品通常以dB/長(zhǎng)度為單位給出電纜損耗。其中，L選擇為設(shè)定長(zhǎng)度；測(cè)量傳輸?shù)皆撻L(zhǎng)度電纜上的功率和匹配負(fù)載上的功率可以獲得電纜損耗。Note：如果電纜不匹配，那么規(guī)定電纜損耗在工程上是毫無(wú)意義的。電纜損耗若已知生產(chǎn)商規(guī)定的電纜損耗，可以獲得該頻率上的衰減常數(shù)<19>電纜產(chǎn)品通常以dB/長(zhǎng)度為單位給出電纜損耗。其中，L<20>

工程電纜示例RG58U電纜（Zc=50Ω）介質(zhì)聚四氟乙烯（相對(duì)介電常數(shù)2.1）傳播速度%0.69（相對(duì)自由空間）100M損耗4.5dB/100ft（1ft=0.3048m）有上面說(shuō)明可以得到電纜100M的衰減常數(shù)<20>工程電纜示例RG58U電纜（Zc=50Ω）介質(zhì)聚<21>同軸測(cè)試電纜是測(cè)試器件產(chǎn)品的一種電纜，主要用于連接射頻微波測(cè)試儀器與被測(cè)器件產(chǎn)品的電纜。<21>同軸測(cè)試電纜是測(cè)試器件產(chǎn)品的一種電纜，主要用于連接射<22>選擇一款測(cè)試電纜時(shí)，主要要判斷以下幾個(gè)指標(biāo)：電壓駐波比機(jī)械穩(wěn)相性（電纜相位在彎曲過(guò)程中的穩(wěn)定性）

機(jī)械穩(wěn)幅性（插入損耗在電纜彎曲過(guò)程中的穩(wěn)定性）

插入損耗