微波技術(shù)基礎電子科大第15次課

微波技術(shù)基礎詹銘周副教授電子科技大學電子工程學院地點：清水河校區(qū)科研樓B336

電話：61830860

電郵：mzzhan@回顧分布參數(shù)電路——傳輸線微元化——電報方程——電壓波電流波表達式——三種端接條件傳輸線的分布參數(shù)——傳輸線的特性參數(shù)——傳輸線的工作參數(shù)傳輸線的三種工作狀態(tài)內(nèi)容0、行駐波特性1、均勻有耗線的特性2、功率與損耗3、有耗線理論的應用4、有耗、無耗線的對比5、均勻波導等效為傳輸線(掌握等效的依據(jù)和原則)5.6.3行駐波狀態(tài)——最普遍的部分反射情況產(chǎn)生條件：傳輸線終端為一般負載，即波的分布狀態(tài)：傳輸線上既有行波又有駐波，稱為行駐波。波節(jié)不為零，波腹也不等于終端入射波振幅的兩倍，反射波小于入射波。行駐波狀態(tài)下，有①RL≠0②XL＝0時，RL≠Z0傳輸線的工作狀態(tài)—行駐波狀態(tài)因此電壓電流的表達式為：注意：與行波、駐波的差別由形式似乎看出：前一部分是行波，而后一部分是全駐波。行駐波狀態(tài)下的工作參量電壓駐波比S的物理意義是電壓振幅最大值與最小值之比。它應大于等于1。對于行波為，對于全駐波為無窮大。電壓駐波比S是系統(tǒng)參量，而不是線上各點的函數(shù)。負載阻抗與駐波系數(shù)，駐波相位的關(guān)系式為波腹處，輸入阻抗為波節(jié)處，輸入阻抗為行駐波狀態(tài)下沿線電壓電流振幅分布特點：電壓電流分純駐波分布完全相似RL±jXL的情況與jXL類似RL>Zo與開路類似RL<Zo與短路類似其不同點是：行駐波的波腹不等于入射波振幅的2倍，而是與反射系數(shù)有關(guān)，為入射波振幅的

行駐波的波節(jié)不等于0，而是與反射系數(shù)有關(guān)，為入射波振幅的不同負載條件下，波在同軸線上的狀態(tài)行波不同負載條件下，波在同軸線上的狀態(tài)駐波不同負載條件下，波在同軸線上的狀態(tài)容性負載不同負載條件下，波在同軸線上的狀態(tài)感性負載不同負載條件下，波在同軸線上的狀態(tài)非匹配電阻性負載，行駐波不同負載條件下，波在微帶線上的狀態(tài)不同負載條件下，波在微帶線上的狀態(tài)不同負載條件下，波在微帶線上的狀態(tài)與傳輸線長度相關(guān)的特殊情況傳輸線為四分之波長奇數(shù)倍的時候，1、純電抗元件的類型發(fā)生變化；2、開路狀態(tài)與短路狀態(tài)可互相變換。3、電阻元件的阻值可實現(xiàn)歸一化的倒數(shù)。作用：用于濾波器和阻抗變換器中。傳輸線為半波長整數(shù)倍（四分之波長偶數(shù)倍）的時候，端接負載阻抗不發(fā)生變化。5.7均勻有耗傳輸線的特性與分析1、均勻無耗線（R=G=0）的傳輸特性是利用工作參量（Zin，Γ，S，lmin）描述傳輸線的工作狀態(tài)2、負載和傳輸線的特性參量決定了電壓波和電流波在線上的分布情況3、理想模型——但是，與實際情況很接近，具有很強的工程應用價值。5.7均勻有耗傳輸線的特性與分析4、當與的條件不成立時，傳輸線本身的損耗（包括導體損耗、介質(zhì)損耗和輻射損耗）不能忽略，必須考慮損耗引起的衰減→有耗線?！獙嶋H工程中的真實情況。5、有耗線與無耗線的傳輸特性——工作狀態(tài)基本一致，線上電壓和電流均是入射波與反射波的疊加。5.7均勻有耗傳輸線的特性與分析6、傳輸線存在損耗，入射波和反射波的幅度均要沿著各自傳播方向呈指數(shù)衰減：入射波反射波有耗線上的電壓和電流（且）反射系數(shù)反射系數(shù)的模值說明，有耗線的反射系數(shù)模值越靠近源端，反射系數(shù)越小——反射波也被衰減；無耗線呢？5.7有耗傳輸線的特性分析無耗傳輸線公式中的jβ用α＋jβ替代α=0.4NP/m傳輸線長度：4m幅度10V以負載為z=0點，正方向入射波反射波電壓駐波比1、有耗線與無耗線相比駐波比減小了。2、有耗線的駐波比距離負載越遠，S越小.3、有耗線的S—>S(z),無耗線的S與距離z無關(guān)思考題： 有耗線與無耗線相比，駐波系數(shù)是增大了還是減小了？衰減常數(shù)為0.02NP/m的有耗線在端接10歐姆負載時，傳輸線長度從1mm到100mm的駐波變化情況：5——》3.2負載阻抗與駐波系數(shù)，駐波相位的關(guān)系式為每個波腹處，輸入阻抗為每個波節(jié)處，輸入阻抗為此時，通過測試最大最小電壓法測試麻煩，一般不用損耗大的線作為測試系統(tǒng)傳輸線上任意一點處得輸入阻抗

工程應用的方便，關(guān)心長度為l的有耗傳輸線 終端短路終端開路一種有耗傳輸線特性阻抗的測量方法

1.測出其終端短路的始端輸入阻抗；

2.測出其終端開路的始端輸入阻抗。

3.5.7有耗傳輸線的特性分析←注意是復數(shù)有耗線的傳播常數(shù)5.7有耗傳輸線的特性分析

由于開路和短路輸入阻抗是復數(shù)，將其展開為實部和虛部，可得衰減常數(shù)和相位常數(shù)。

提供了一種微波測試的依據(jù)，來測試微波傳輸線的特性參數(shù)。5.8傳輸功率與傳輸效率5.8.1傳輸功率

傳輸線上任一點z通過功率的時間平均值還可以表示為5.8傳輸功率與傳輸效率通過功率等于入射波功率與反射波功率之差。傳輸功率的擊穿功率，或稱為傳輸線的功率容量結(jié)論：線上耐壓一定時，駐波系數(shù)越小傳輸功率越大，功率容量也越大。

傳輸線有耗，但終端接匹配負載，如輸入端傳輸功率為，則經(jīng)過線長的傳輸后，消耗在有耗線中的功率為5.8傳輸功率與傳輸效率5.8.2傳輸效率

傳輸線的傳輸效率定義為負載吸收的功率和傳輸線輸入功率之比，即

5.8傳輸功率與傳輸效率因此，傳輸效率為或當傳輸線終端匹配（=0）時，有耗傳輸線的效率最大且為

5.8傳輸功率與傳輸效率無耗線的傳輸效率為100%利用有耗線的損耗特性。應用之一，pi型或T型衰減網(wǎng)絡網(wǎng)絡之間如果駐波很差，引起電路之間失配，能量傳輸效果差，對有源器件，特別是放大器—自激。利用有耗線理論，AB之間插入損耗網(wǎng)絡C，此時，發(fā)射系數(shù)減小，電路達到穩(wěn)定。以功率損耗換取電路的穩(wěn)定性，比用隔離器簡單，便宜。N1N2ABCR1R2R2ZcZcATT雖然傳輸?shù)哪芰繙p小了3dB，但是反射的能量卻減小了6dB，VSWR明顯改善有耗線與無耗線之對比例題5.8-2已知的是負載條件去求，注意符號5.9均勻?qū)Рㄏ到y(tǒng)等效為均勻傳輸線等效的依據(jù)和條件1、傳輸線電路理論→TEM波→基本物理量是電壓和電流。2、把均勻到波系統(tǒng)等效為用電壓電流描述的傳輸線，必須把電場，磁場分貝等效為電壓和電流。3、TEM波波導（同軸，雙導線等）是雙導體系統(tǒng)，單值的電壓電流的確存在——電場積分求電壓波，磁場積分得電流波（與積分路徑無關(guān)）——》進而定義特性阻抗（行波電壓/行波電流）4、對于傳播TE、TM波的波導系統(tǒng)——不存在TEM波傳輸線上那樣的單值電壓波和電流波。TM模，在壁面上，對橫向電場積分為零；對TE模，線積分與積分路徑有關(guān)（多值性）那么，不能等效？還是只能在一定條件下等效？

對一般導波系統(tǒng)而論，其電壓和電流只能在一定條件下等效而得，而且只有形式上的意義。——為利用傳輸線理論而人為引入的電壓和電流參數(shù)。

尋求定義等效電壓和等效電流及阻抗的依據(jù)將無耗單模導波系統(tǒng)中傳播的場與無耗均勻傳輸線上的行波電壓和行波電流具有的特性做比較。由此可見，導波系統(tǒng)中的傳播模的橫向電場和橫向磁場具有類似于均勻傳輸線上的電壓波和電流波的性質(zhì)。建立：矢量參數(shù)——標量參數(shù)的聯(lián)系內(nèi)涵：功率的對應關(guān)系，電場與磁場的幅度對應關(guān)系。由功率相等：阻抗關(guān)系

取值具有任意性，只要滿足功率條件即可實用中的主要有兩種取法。波導系統(tǒng)中的TE，TM模的等效參量TE模無耗導波系統(tǒng)中TE模的場分量的一般表達式為波導系統(tǒng)中的TE的等效參量波導系統(tǒng)中的TM的等效參量TM模無耗導波系統(tǒng)中TM模的場分量的一般表達式為波導系統(tǒng)中的TM的等效參量波導系統(tǒng)中的TM的等效參量以TE10模為例：取 作為等效傳輸線的特性阻抗如果模式電壓取 （TE10模的電場沿波導寬邊中心積分得到的）則模式電流為等效電壓波電流與電磁場的功率關(guān)系不相等!!!怎么解決?為了保證路方法和場方法的功率相等在選擇 作為傳輸線等效特性阻抗的時候，模式電壓和模式電流為這樣，一段工作在單模的均勻?qū)Рㄏ到y(tǒng)等效為一對均勻傳輸線的情況，可表示為或特性阻抗的選取具有任意性。。模式電流驗證模式電壓和模式電流滿足傳輸線方程

能不能把阻抗等效為1，這時，是否沒有反射？問題：這樣等效之后，在參考面處的電壓波和電流波就不連續(xù)了思考。能不能把阻抗等效為1，這時，是否沒有反射？________兩段傳輸線的電壓電流的表達式變化了。事實上可以這樣做，該方法稱為歸一化等效，在算兩段不同的傳輸線的時候，就必須去歸一化。一般，同一系統(tǒng)，最好采用同一種等效方法。思考：當多個模式存在如何等效？傳輸n個模式的導波系統(tǒng)對于均勻柱面波導，有無數(shù)個TE模和TM?？梢栽谄渲袀鞑?。根據(jù)功率正交性，傳輸n個模式的導波系統(tǒng)，可以等效為n對均勻傳輸線，對于每個不同的模式，可以用一根不同的傳輸線來進行等效。注意：其等效的傳輸線的特性參量應與波導的對應模式的特性參量一一對應！結(jié)論1、由此，將導波系統(tǒng)中的場量等效為路量之后，導波系統(tǒng)中模式的傳輸問題便可用等效傳輸線來分析。2、對導波系統(tǒng)等效方法是可以用電壓來等效電場，電流等效磁場，從而等效為傳輸線。等效的基本原則是必須滿足功率相等，且滿足一