中国科学技术大学：《微波技术基础》课程教学资源（课件讲稿）第二章 传输线理论 Transmission Line Theory

第二章传输线理论Transmission Line Theory

第二章 传输线理论 Transmission Line Theory

第二章传输线理论$2.1传输线的基本概念$2.2传输线方程及其解本章内容$2.3传输线的阻抗概念和反射系数$2.4无损传输线工作状态分析$2.5传输功率与效率$2.6Smith圆图（含阻抗与导纳圆图）$2.7传输线的阻抗匹配$2.8传输线的时域分析

本 章 内 容 §2.1 传输线的基本概念 §2.2 传输线方程及其解 §2.3 传输线的阻抗概念和反射系数 §2.4 无损传输线工作状态分析 §2.5 传输功率与效率 §2.6 Smith圆图（含阻抗与导纳圆图） §2.7 传输线的阻抗匹配 §2.8 传输线的时域分析 2 第二章 传输线理论

s2.1传输线的基本概念$ 2.1.1传输线的定义$ 2.1.2传输线与低频线的差异$ 2.1.3传输线的分类$ 2.1.4传输线的分析方法3

§2.1 传输线的基本概念 3 §2.1.1 传输线的定义 §2.1.2 传输线与低频线的差异 §2.1.3 传输线的分类 §2.1.4 传输线的分析方法

S2.1.1传输线的定义传输线的定义：能用于传输微波能量或信息的各种形式传输系统的总称。传输线的本质特征：在构成传输线的导体或介质边界约束下，形成由这些导体或介质边界所导引的波，将信号源的电磁能量以被导引波形式传导到负载。传输线的基本要求一损耗小（损耗包括导体损耗、介质损耗和辐射损耗）传输功率大（或功率容量大）、工作频带宽、尺寸小、结构简单

§2.1.1 传输线的定义 传输线的定义： 能用于传输微波能量或信息的各种形式传输系统的总称。 传输线的本质特征： 在构成传输线的导体或介质边界约束下，形成由这些导体或介质 边界所导引的波，将信号源的电磁能量以被导引波形式传导到负载。 传输线的基本要求： – 损耗小（损耗包括导体损耗、介质损耗和辐射损耗） – 传输功率大（或功率容量大）、工作频带宽、尺寸小、结构简单。 4

S2.1.2传输线与低频线的差异1、电长度的差别电长度定义：传输线的物理长度1与其工作波长之比(l/)。低频线：「0.1或>0.05），所以称为长线必须考察沿线各点的E（或电压）和H或电流）随空间和时间的变化，以及电磁振荡沿整个传输线的传播过程，即长线理论5

§2.1.2 传输线与低频线的差异 1、电长度的差别 电长度定义：传输线的物理长度 l 与其工作波长  之比( l /  )。 低频线： l 0.1 或 >0.05），所以称为长线。 必须考察沿线各点的E(或电压)和H(或电流)随空间和时间的 变化，以及电磁振荡沿整个传输线的传播过程，即长线理论。 5

S2.1.2传输线与低频线的差异（续1）2、电气参数分布的差别在任意一段充分小的传输线中，电气参数都包括：分布电阻R，（电流流过导线使导线发热）分布电导G，（导线间绝缘不完善引起的漏电流）分布电容C（导线间有电压表明线间有电场）分布电感L，（导线通过电流，周围将产生磁场）dzmRidzLidzGidzCidz6

dz R1dz L1dz C1dz G1dz §2.1.2 传输线与低频线的差异(续1) 2、电气参数分布的差别 在任意一段充分小的传输线中，电气参数都包括： ‒ 分布电阻 R1（电流流过导线使导线发热）， ‒ 分布电导 G1（导线间绝缘不完善引起的漏电流）， ‒ 分布电容 C1（导线间有电压表明线间有电场）， ‒ 分布电感 L1（导线通过电流，周围将产生磁场）。 6

S2.1.2传输线与低频线的差异（续2）3、损耗的差别厂（以导体损耗为例）低频线：R,α℃1/S,传输线：R,α℃1/L，L为导体的周界4、传输方式的差别低频线必须为电路提供一个电流回路。传输线的作用是约束和引导电磁波沿导引方向前进，本质上无需构成电流回路，传输过程是波动过程功用的差别5、除了传输能量和信息外，传输线可以构成各种元器件

3、损耗的差别（以导体损耗为例） 低频线：Rl  1/S， 传输线：Rl  1/L，L为导体的周界 4、传输方式的差别 低频线必须为电路提供一个电流回路。 传输线的作用是约束和引导电磁波沿导引方向前进， 本质上无需构成电流回路，传输过程是波动过程。 5、功用的差别 除了传输能量和信息外，传输线可以构成各种元器件。 7 L S §2.1.2 传输线与低频线的差异(续2)

S2.1.3传输线的分类按照导行电磁波类型和场的分布可划分为：1、TEM波（横电磁波）传输线（包括准TEM波传输线）：双导线、同轴线、带状线、微带、共面波导等。2、TE/TM波传输线：矩形波导、圆波导、椭圆波导、脊波导、扇形波导等3、混合波传输线：光纤、薄膜波导、平板介质波导、矩形介质波导等

§2.1.3 传输线的分类 8 按照导行电磁波类型和场的分布可划分为： 1、TEM波(横电磁波)传输线(包括准TEM波传输线)： 双导线、同轴线、带状线、微带、共面波导等。 2、TE/TM波传输线： 矩形波导、圆波导、椭圆波导、脊波导、扇形波导等。 3、混合波传输线： 光纤、薄膜波导、平板介质波导、矩形介质波导等

s2.1.4传输线的分析方法958场的分析方法麦克斯韦方程组波动方程和边界条件电场和磁场的求解「?E+E=0V×H= jOEk=0'LC[ E(r,t)= E(r)ejotIVH+kH=0V×E=-jouH[H(r,t) = H(r)ejorV.D=0电壁：n×Elo=0，nHo=0V.B=0磁壁：n×Hl=0，n·El=0路的分析方法克西霍夫定理波动方程和边界条件电压和电流的求解d'UU=0ZI=0dz?[U(z)e-"ejor=ZYd?1ZU=0[I(z)e-r=jot1=0dz?源、源阻抗和负载等条件9

§2.1.4 传输线的分析方法 9 麦克斯韦方程组 波动方程和边界条件 电场和磁场的求解 0 0 H j E E j H D B                    2 2 2 2 0 0 | 0 | 0 | 0 | 0 E k E H k H n E n H n H n E                    电壁： ， 磁壁： ， ( , ) ( ) ( , ) ( ) j t j t E r t E r e H r t H r e        场的分析方法 路的分析方法 克西霍夫定理 波动方程和边界条件 电压和电流的求解 源、源阻抗和负载等条件 0 0 I U        2 2 2 2 2 2 0 0 d U U dz d I I dz             ( ) ( ) z j t z j t U z e e I z e e          2 Z Y1 1   2 2 1 1 k L C 

$2.2传输线方程及其解$ 2.2.1均匀传输线方程$2.2.2均匀传输线方程的通解$2.2.3传输线方程的求解（不同条件下）$2.2.4传输线的传输特性参数10

§2.2 传输线方程及其解 10 §2.2.1 均匀传输线方程 §2.2.2 均匀传输线方程的通解 §2.2.3 传输线方程的求解（不同条件下） §2.2.4 传输线的传输特性参数