第3节___微波传输线.ppt

第3章 微波传输线 3―1 引言 3―2 带状线 3―3 微带传输线 3―1 引言 微波传输线：用来传输微波信号和微波能量的传输线。 微波传输线可分为三类: 1.TEM模传输线(包括准TEM模传输线） 2.TE模和TM模传输线 3.表面波传输线 平行双线用于传输低频微波能量和信号; 当频率提高到其波长和两根导线间的距离可以相比时,电磁能量会通过导线向空间辐射出去,损耗随之增加,频率愈高,损耗愈大,因此在微波的高频段,平行双线不能用来作为传输线。 ? 同轴线是由同轴的内、外导体构成的双导体传输线。 同轴线主要以TEM模工作方式广泛应用于宽频带馈线。但当同轴线的横向尺寸与工作波长可以比拟时，同轴线中将出现TE和TM模，即同轴线的高次模。 ? 同轴线传输线所传输的电磁波频率范围较平行双线高,适用于厘米波段，是目前常用的微波传输线。 若频率继续提高,同轴线的横截面尺寸必须相应减小,才能保证它只传输TEM模,这样会导致同轴线的导体损耗增加,传输功率容量降低。因此同轴线又不能传输更高频率的电磁波,一般只适用于厘米波段。 ? 3―2 带状线 带状线由一条厚度为t,宽度为W的矩形截面的中心导带和上、下两块接地板构成。两接地板的距离为b。中心导带的周围媒质可以是空气,也可以是其它介质。带状线中传输的主模为TEM模。 ? 一、特性阻抗 TEM模传输线特性阻抗的计算公式为 3―3 微带传输线 介质基片的一边为中心导带,另一边为接地板,其基片厚度为h,中心导带的宽度为w。 ? 一、微带线中的主模 对于空气介质的微带线, 周围是均匀的空气,因此它可以存在无色散的TEM模。 实际的微带线是制作在介质基片上的, 由于存在空气和介质的分界面,只能存在TE模和TM模的混合模。 在微波波段的低频端由于场的色散现象很弱,传输模式类似于TEM模,故称为准TEM模。 ? 二、微带线的特性阻抗 在微波波段微带线工作在弱色散区,因此把微带线的工作模式当作TEM模来分析,这种方法称为“准静态分析法”。 ? 由前面分析知道TEM模传输线的特性阻抗的计算公式为 ? 对于图3―3―2(a)所示的空气微带线,微带线中传输TEM模的相速度vp=v0(光速),并假设它的单位长度上电容为C01,则其特性阻抗为 右图为空气微带线特性阻抗Z01及填充因子q和微带线w/h的关系曲线。 可以查实际微带线特性阻抗Z0和εr、w/h的关系曲线或表格,这些曲线和表格在微波工程手册中均可查得。 三,微带线的色散特性 当频率比较高时,微带线中的传输模式不是TEM模,而是混合模。微带线中的电磁波出现色散现象。 第3章 微波传输线 傅佳辉 fjh@hit.edu.cn 主楼704 图 3―1―1 TEM模传输线 TE模和TM模传输线 表面波传输线 准TEM模 介质波导 介质镜像线 平行双线 典型的平行双线： 连接天线和电视机的扁平馈线 计算机的USB延长线 电源线 固定电话线 同轴线 典型的应用： 有限电视网 卫星地面接收站 高速局域网 矩形波导 波导（空心金属管）当横截面尺寸与工作波长满足一定关系时，可以传输电磁波。是微波波段常用的传输线。在低频段不采用波导来传输能量，否则尺寸太大，重量太重 圆波导 缺点：频带窄 采用脊波导加宽频带 电子产品的发展方向—“小” 优点：体积小，重量轻，频带宽 缺点：损耗大，功率容量小 主要用于小功率的微波系统 微 带 带状线可以看做三层微带传输线 带状线 带状线 (3―2―1) 式中L1和C1分别为带状线单位长度上的分布电感和分布电容;vp为带状线中TEM模的传播速度。 (3―3―1) (3―3―2) 空气微带线 全部用介质填充 实际微带线 等效微带线 等效介电常数 微带线中波的相波长为 (3―3―3) 微带线中单位长度的电容为 (3―3―4) (3―3―5) 故微带线的特性阻抗为 等效微带线中波的相速度为 (3―3―7) 式中q为填充因子,表示介质填充的程度。当q=0,则εre=1,表示无介质填充;当q=1,则εre=εr,表示全部介质填充。可以证明q值主要决定w/h值,而与εr关系不大,其计算公式为 (3―3―8) 应用保角变换方法确定空气微带线的电容C01和实际微带线的电容C1,两者比值的倒数为相对等效介电常数,即 但当频率f低于某一个临界值f