西南交通大学：《电磁场》课程教学资源（PPT课件）第七章 均匀传输线中的导行电磁波 Guided Electromagnetic Wave in Uniform Transmission Line

第七章 均勻传輸线中的导行电歇波 第七章均匀传输线中的导行电磁波 Guided Electromagnetic Wave in Uniform Transmission Line 序 无损耗均匀传输线方程 无损耗均匀传输线的传播特性 无损耗传输线中波的反射和透射 无损耗传输线的入端阻抗 无损耗均匀传输线的阻抗匹配 有损耗均匀传输线 回下页

第 七 章 均匀传输线中的导行电磁波 Guided Electromagnetic Wave in Uniform Transmission Line 第七章 均匀传输线中的导行电磁波 有损耗均匀传输线 无损耗均匀传输线的阻抗匹配 无损耗传输线的入端阻抗 无损耗传输线中波的反射和透射 无损耗均匀传输线的传播特性 无损耗均匀传输线方程 序 返 回 下 页

第七章 均勻传輸线中的导行电歇波 7.0序 Introduction 传输线种类:平行双线、同轴电缆、平行板传 输线、金属波导和介质波导等。 传输线作用:引导电磁波,将能量或信息定向地 从一点传输到另一点。 分布参数电路:当实际电路尺寸与工作波长接近 时的电路模型。 v 图70.1分布参数等效电路 「返回「上页「下页

第 七 章 均匀传输线中的导行电磁波 7.0 序 Introduction 分布参数电路：当实际电路尺寸与工作波长接近 时的电路模型。 传输线作用：引导电磁波，将能量或信息定向地 从一点传输到另一点。 传输线种类：平行双线 、同轴电缆 、平行板传 输线、金属波导和介质波导等。 返 回 上 页 下 页 图7.0.1 分布参数等效电路

第七章 均勻传輸线中的导行电歇波 均匀传输线:传输线的材料及其物理参数相同, 几何尺寸相同,沿传输线周围的媒质相同 TEM波:波传播的方向上无电场和磁场的分量 本章要求: 熟练掌握均匀传输线的稳态分析方法;并灵活应 用其方法,深刻理解电压波和电流波的传播特性(彳 波、驻波、匹配等);掌握有损耗传输线的无畸变条 件 「返回「上页「下页

第 七 章 均匀传输线中的导行电磁波 均匀传输线：传输线的材料及其物理参数相同， 几何尺寸相同，沿传输线周围的媒质相同。 TEM 波：波传播的方向上无电场和磁场的分量。 本章要求： 熟练掌握均匀传输线的稳态分析方法；并灵活应 用其方法 ，深刻理解电压波和电流波的传播特性 ( 行 波、驻波、匹配等 ) ；掌握有损耗传输线的无畸变条 件。 返 回 上 页 下 页

第七章 均勻传輸线中的导行电歇波 7.1无损耗均匀传输线方程 (Lossless Uniform Transmission Line Equation) 结点电流方程∑=0 a au i+.dz+ code(u+ dz) at az 回路电压方程∑u=0 i+--dz u= l -+-dz (z,+) uf z, t 略去d的二阶无穷小 Codz =u+da az 项,传输线方程 图7.l.1均勻传输线电路模型 di au ou +C 0和 0 az at at 「返回「上页「下页

第 七 章 均匀传输线中的导行电磁波 7.1 无损耗均匀传输线方程 (Lossless Uniform Transmission Line Equation) 结点电流方程 i = 0 d d ( d ) 0 z z u u t z C z z i i i   +   +   = + 回路电压方程 u = 0 z z u u t i u L0 dz d   + +   = 略去dz的二阶无穷小 项，传输线方程 0 0 =   +   t u C z i 0 0 =   +   t i L z u 和 返 回 上 页 下 页 图7.1.1 均匀传输线电路模型

第七章 均勻传輸线中的导行电歇波 ai ou =0和 +L 从中可得和i的波动方程 电压波动方程 at- y" at o at2 v2 at2 电流波动方程 式中v 「返回「上页「下页

第 七 章 均匀传输线中的导行电磁波 从中可得u和 i 的波动方程 2 2 2 2 2 2 0 0 2 1 t u t v u L C z u   =   =   2 2 2 2 2 2 0 0 2 1 t i t v i L C z i   =   =   0 0 =   +   t u C z i 0 0 =   +   t i L z 和 u 式中 0 0 1 L C v = 电压波动方程 电流波动方程 返 回 上 页 下 页

均勻传輸线中的导行电歇波 7.2无损耗均匀传输线的传播特性 Propagating Characteristic of Lossless Uniform Transmission Line 7.2.1瞬态解( Instantaneous solution 波动方程 1 2 at 通解 l(z,D)=n(t--)+l(t+ i(=,t)=i(t--)+i(t+-) 入射电压波、入射电压波; 反射电流波、反射电流波。 「返回「上页「下页

第 七 章 均匀传输线中的导行电磁波 7.2 无损耗均匀传输线的传播特性 7.2.1 瞬态解 (Instantaneous Solution) 通解 ( , ) ( ) ( ) v z u t v z u z t = u t − + + + − ( , ) ( ) ( ) v z i t v z i z t = i t − + + + − u + 入射电压波、 u - 入射电压波； 波动方程 2 2 2 2 2 1 t u z u   =    2 2 2 2 2 1 t i z i   =    Propagating Characteristic of Lossless Uniform Transmission Line i + 反射电流波、 i - 反射电流波。 返 回 上 页 下 页

均勻传輸线中的导行电歇波 7.2.2正弦稳态解( Sinusoidal Steady Solution 瞬态形式0n L 002 LoCO 复数形式d20=(m)l00U=k2 dz k/ dz 式中k=jB一传播常数;B=0√C。相位常数 方程的解U(z)=Uel)+Ue 1(=)=Ie 5+I'e J 「返回「上页「下页

第 七 章 均匀传输线中的导行电磁波 7.2.2 正弦稳态解 (Sinusoidal Steady Solution) L C U k U z U    2 0 0 2 2 2 (j ) d d =  = 方程的解 z z U z U U j j ( ) e e + − −  =  +  z z I z I I j j ( ) e e + − − −  =  +  式中 k = j —传播常数；  = L0 C0 —相位常数 2 2 2 0 0 2 t u L C z u   =   2 2 2 0 0 2 t i L C z i   =   瞬态形式 复数形式 k I z I   2 2 2 d d = 返 回 上 页 下 页

第七章 均勻传輸线中的导行电歇波 方程的解U()=Ue+Ue1 1(2=IeJ5+Ie jB 定义 C2(实数) 0 0-特性阻抗( characteristic impedance) 所以(2)=Ute0=-Ue) 「返回「上页「下页

第 七 章 均匀传输线中的导行电磁波 方程的解 j z j z U z U U   ( ) e e + − −  =  +  —特性阻抗 (characteristic impedance) Z0 z z I z I I j j ( ) e e + − − −  =  +  = = − − =  − + + 0 0 0 C L I U I U Z     定义 （实数） ( e e ) 1 ( ) j j 0 z z U U Z I z + −  −  所以  =  −  返 回 上 页 下 页

第七章 均勻传輸线中的导行电歇波 特性阻抗的元参数 参数平行板双平行线 同轴电缆 a a D Ro a vr D In 2 「返回「上页「下页

第 七 章 均匀传输线中的导行电磁波 参数 特性阻抗的元参数 平行板 双平行线 同轴电缆 R0 L0  f a 2 π a d   π 1 f a a D ln π  ) 1 1 ( 2 π 1 a b f +   a b ln 2π  返 回 上 页 下 页

第七章 均勻传輸线中的导行电歇波 特性阻抗的元参数 参数平行板 双平行线同轴电缆 D &a g8 2丌E 0 In dla In b/a 丌y In dla In b/a 无损耗传输线 「返回「上页「下页

第 七 章 均匀传输线中的导行电磁波 无损耗传输线 0 0 0 C L Z = 特性阻抗的元参数 参数 平行板 双平行线 同轴电缆 C0 G0 d a d a ln D / a π ln D / a π ln b / a 2π ln b / a 2π 返 回 上 页 下 页