第5章 均匀传输线.ppt

第5章 均匀传输线 主讲人:毕岗 1)传输模式: ①横电磁波(TEM模)：电磁波电场分量和磁场分量均与传播方向垂直，即在传播方向上既没有电场分量，也没有磁场分量；如沿z方向传播的电磁波，Ez=0,Hz=0。 ②横电波(TE模)：电场分量与传播方向垂直，即在传播方向上没有电场分量，如Ez=0,Hz≠0。 ③横磁波(TM模)：磁场分量与传播方向垂直，即在传播方向上没有磁场分量，如Ez≠0,Hz=0。 5.1.2 双导线型传输线基本要求以及分布参数 ①对传输线的基本要求是：工作频带宽；功率容量大;工作稳定性好；损耗小；尺寸小和成本低。 ②集中参数:一般是指电路上所使用的参数,如电阻、电容、电感; 分布参数:在高频电路中，同一瞬间相邻两点的电位和电流都不相同，相应的参数呈现出分布性，这些特性分布的参数叫分布参数。如传输线单位长度的分布电阻（ ）、传输线单位长度的分布电容（ ）、传输线单位长度的分布电感（ ）、传输线单位长度的分布电导（ ）。 举例：传输线分布电感为L=1nH/mm， 分布电容为C=0.01pF/mm。 ①在低频率为f =50Hz时，传输线上每毫米引入的串联电抗为XL=2πfL=3.14?10-7Ω/mm, 并联电纳分别Bc=2πfC=3.14?10-12S/mm。可见，低频时分布参数很小，可忽略。 ②当高频率为f =5?109Hz时，XL=2πfL=31.4Ω/mm，Bc=2πfC =3.14?10-4S/mm。显然，此时分布参数不可忽略，必须加以考虑。 5.1.3 传输线的分析方法 运用麦克斯韦方程 5.2.1 均匀双导体传输线的分布参数及其等效电路 5.2.2 传输方程及其解 串联阻抗 从而可得 上式中的两式在形式上完全一样，且都为二阶常系数微分方程。它们的通解为 5.3.1 行波工作状态 5.3.2 纯驻波工作状态 5.4.1 等反射系数圆 5.5.1 有耗传输线的特性参数 传输线方程即电报方程的解可写为如下形式 5.6.1 平行双导线 微带线的制作工艺有两种，一种与制作印刷电路很相似，先照相制版，光刻腐蚀，然后把微带坯板做成电路；另一种是采用真空镀膜技术，将基片进行研磨、抛光和清洗，然后放在真空镀膜机中形成一层铬-金层，再利用光刻技术制作所需要的电路，最后采用电镀的办法加厚金属层的厚度，并装接上所需要的有源器件和其它元件，形成微带电路。所以制作微带线时必须与电路一起制作，不能像双导线和同轴线那样按规格型号制作。 5.8.1 三种匹配状态及其匹配方法 支节匹配的思想： 用并联形式的短路或者开路传输线支 提供一电纳，补偿或抵消主传输线中导致失配的电纳。(注：支节的特性阻抗与主传输线相同) 三种支节匹配形式： ① 单支节匹配 ② 双支节匹配 ③ 三支节匹配 （1）、单支节匹配 匹配步骤： 1. 调节d1使 2. 调节l1使 3. 并联后则 单支节的圆图匹配过程 1)使用了阻抗圆图和导纳圆图。 2)一般有两组解，选择d1和l1较短的一组解。 3)只对一个频率进行匹配，频率变化易导致失配。 4)频率特性不如单节?/4阻抗变换器。 5)d1位置的调节有时难以实现。 （2）、双支节匹配 双支节匹配的说明 支节长度的解有两组，选择较短的一组。 双支节的频率特性比单支节差。 存在匹配禁区，允许调配的电导 应满足 微带传输线 5.7 5.7.1 微带线中的主模 如图5-7-2为微带线的导波场结构示意图，它是双导体系统，当周围是均匀的空气介质时，可以存在无色散的TEM模。但实际上存在空气和介质的分界面，由于在两种不同介质的传输系统中，不可能存在单纯的TEM模，所以只能存在TE模和TM模的混合模。在微波的低频段由于场的色散现象很弱，通常微带线的传输模式类似于TEM模，故将微带线上传输的模式称为准TEM模。 5.7.2 微带线的特性阻抗、相速与波长 参照双导线与同轴线的结果，即TEM波的特性阻抗、相速度及相波长的计算式假定微带线也有如下形式的计算式 所以微带线特性参量的计算归结为求空气微带线特性阻抗 Z00和相等效对介电常数 ?re 式中q填充因子，表示介质填充的程度。当q=0时，?re=1，表示周围介质为空气，当q=1时，?re=?r，表示周围介质全部与基片介质一样。q的取值范围为0q1，其计算公式为 相等效对介电常数 在工程应用中，通常由关系曲线或数据表格来查特性阻抗Z0与微带线尺寸w/h之间的关系。 传输线的匹配 5.8 阻抗匹配要求: 当传输线的特性阻抗与负载阻抗匹配时，传输线上无反射波，线上的电压与电流波形为行波，负载吸收全部入射功率。 信号