微波技术与天线--传输线理论.pptx

2024/4/24 周三1传输线的基本特性传输线的基本特性基本特性基本特性传输传输特性特性特性特性阻抗特性阻抗特性阻抗特性阻抗特性反射特性反射特性反射特性反射特性功率特性功率特性功率特性功率特性2024/4/24 周三2传输线的基本特性传输线的基本特性传输特性传输特性传输特性特性传传播常数播常数播常数播常数-描写描写描写描写传输线传输线上上上上导导行波沿行波沿行波沿行波沿导导波系波系波系波系统传统传播播播播过过程中程中程中程中衰减衰减衰减衰减和和和和相移相移相移相移的参数。的参数。的参数。的参数。衰减常数衰减常数衰减常数衰减常数：单单位位位位长长度上行波振幅的度上行波振幅的度上行波振幅的度上行波振幅的变变化化化化 ，单单位位位位为为dB/mdB/m相移常数相移常数相移常数相移常数 ：单单位位位位长长度上行波相位的度上行波相位的度上行波相位的度上行波相位的变变化，化，化，化，单单位位位位为为rad/mrad/m无耗无耗无耗无耗传输线传输线：低耗低耗低耗低耗传输线传输线：2024/4/24 周三3传输线的基本特性传输线的基本特性传输特性传输特性相速度相速度相速度相速度-电压电压/电电流入射波（或反射波）等相位面流入射波（或反射波）等相位面流入射波（或反射波）等相位面流入射波（或反射波）等相位面沿沿沿沿传输传输方向的方向的方向的方向的传传播速度播速度播速度播速度uu平行双平行双平行双平行双线线和同和同和同和同轴线轴线：uu无耗无耗无耗无耗/低耗低耗低耗低耗传输线传输线：与与与与 成成成成线线性关系性关系性关系性关系v vp p与与与与 无关无关无关无关uu有耗有耗有耗有耗传输线传输线：与与与与 成成成成非非非非线线性关系性关系性关系性关系v vp p与与与与 有关有关有关有关非色散波非色散波色散波色散波2024/4/24 周三4色散特性色散特性无色散波无色散波色散波色散波2024/4/24 周三5传输线的基本特性传输线的基本特性传输特性传输特性相波相波相波相波长长uu指同一个指同一个指同一个指同一个时时刻刻刻刻传输线传输线上上上上电电磁波的相位相差磁波的相位相差磁波的相位相差磁波的相位相差22的距离的距离的距离的距离2024/4/24 周三6传输线的基本特性传输线的基本特性阻抗特性阻抗特性特性阻抗特性阻抗Z0传输线传输线上行波上行波上行波上行波电压电压与行波与行波与行波与行波电电流之比。流之比。流之比。流之比。均匀无耗均匀无耗均匀无耗均匀无耗传输线传输线双双双双线线（250700250700）同同同同轴线轴线（5050、7575）特点：由传输线自身特点：由传输线自身分布参数分布参数决定，与决定，与工作频率工作频率有关，与有关，与负载及信源无关。负载及信源无关。无色散无色散2024/4/24 周三7传输线的基本特性传输线的基本特性阻抗特性阻抗特性一同一同一同一同轴电缆轴电缆特性阻抗特性阻抗特性阻抗特性阻抗为为5050 ，已知其外，已知其外，已知其外，已知其外导导体内半径体内半径体内半径体内半径为为10mm10mm，内外内外内外内外导导体体体体间间填充聚四氟乙填充聚四氟乙填充聚四氟乙填充聚四氟乙烯烯（r r2.062.06），），），），试试确定确定确定确定该该同同同同轴电轴电缆缆的内的内的内的内导导体半径。体半径。体半径。体半径。【解解解解】根据根据根据根据 解得解得解得解得a a3mm3mm.例例2.22.22024/4/24 周三8传输线的基本特性传输线的基本特性阻抗特性阻抗特性一条一条一条一条100m100m长长的无耗的无耗的无耗的无耗传输线传输线，其，其，其，其总电总电感和感和感和感和总电总电容分容分容分容分别为别为27.7227.72 和和和和18nF18nF。试试求求求求(1)(1)工作工作工作工作频频率率率率为为100kHz100kHz时时的的的的传传播速度与相位常播速度与相位常播速度与相位常播速度与相位常数；数；数；数；(2)(2)该传输线该传输线的特性阻抗。的特性阻抗。的特性阻抗。的特性阻抗。【解解解解】（1 1）传输线单传输线单位位位位长长度的度的度的度的电电感和感和感和感和电电容容容容为为波的波的波的波的传传播速度播速度播速度播速度为为例例2.32.32024/4/24 周三9传输线的基本特性传输线的基本特性阻抗特性阻抗特性相位常数相位常数相位常数相位常数为为 （2 2）传输线传输线的特性阻抗的特性阻抗的特性阻抗的特性阻抗为为2024/4/24 周三10均匀无耗传输线的基本特性均匀无耗传输线的基本特性阻抗特性阻抗特性输入阻抗入阻抗Zin传输线传输线上任意一点的上任意一点的上任意一点的上任意一点的输输入阻抗定入阻抗定入阻抗定入阻抗定义为该义为该点点点点总电压总电压U U与与与与总电总电流流流流I I之比。之比。之比。之比。结论：结论：1 1、传输线输入阻抗与观察点位置、传输线特性阻抗、终端负载、传输线输入阻抗与观察点位置、传输线特性阻抗、终端负载、工作频率有关；工作频率有关；2 2、传输线输入阻抗一般为复数，不易直接测量；、传输线输入阻抗一般为复数，不易直接测量；3 3、具有、具有/4/4的阻抗变换性以及的阻抗变换性以及/2的重复性。的重复性。无耗无耗2024/4/24 周三11传输线的基本特性传输线的基本特性阻抗特性阻抗特性一条特性阻抗一条特性阻抗一条特性阻抗一条特性阻抗为为5050、长长度度度度为为0.1875m0.1875m的无耗均匀的无耗均匀的无耗均匀的无耗均匀传输线传输线，其，其，其，其工作工作工作工作频频率率率率为为200MHz200MHz，终终端接有端接有端接有端接有负载负载Z ZL L=40+j30(=40+j30()。试试求其求其求其求其输输入阻抗。入阻抗。入阻抗。入阻抗。【解解解解】由由由由f=200MHzf=200MHz得得得得=/v/v/v/vp p p p=2 2 f/c=4f/c=4/3/3 将将将将Z ZL L=40+j30=40+j30、Z Z0 0=50=50、z=l=0.1875z=l=0.1875、代入代入代入代入 例例2.42.42024/4/24 周三12均匀无耗传输线的基本特性均匀无耗传输线的基本特性阻抗特性阻抗特性特殊点特殊点-/4阻抗阻抗变换性性 2024/4/24 周三13均匀无耗传输线的基本特性均匀无耗传输线的基本特性阻抗特性阻抗特性传输线终传输线终端短路（端短路（端短路（端短路（Z ZL L=0=0）时时，Z Zinin（/4/4）为为（开路）。（开路）。（开路）。（开路）。传输线终传输线终端开路（端开路（端开路（端开路（Z ZL L=）时时，Z Zinin（/4/4）为为0 0（短路）。（短路）。（短路）。（短路）。2024/4/24 周三14均匀无耗传输线的基本特性均匀无耗传输线的基本特性阻抗特性阻抗特性Z ZL L为为感性（感性（感性（感性（Z ZL L =jX=jXL L）时时,Z,Zinin（/4/4）为为容性。容性。容性。容性。Z ZL L为为容性（容性（容性（容性（Z ZL L =-jX=-jXL L）时时,Z,Zinin（/4/4）为为感性。感性。感性。感性。2024/4/24 周三15均匀无耗传输线的基本特性均匀无耗传输线的基本特性阻抗特性阻抗特性特殊点特殊点-/2阻抗重复性阻抗重复性距距距距终终端端端端 /2/2处处：Z Zin in（/2/2）=Z=ZL L 2024/4/24 周三16传输线的基本特性传输线的基本特性阻抗特性阻抗特性特性阻抗特性阻抗特性阻抗特性阻抗为为5050、终终端接端接端接端接纯电纯电阻阻阻阻Z ZL L=25(=25()。试验证试验证其阻抗其阻抗其阻抗其阻抗变换变换性。性。性。性。【解解解解】例例2.52.52024/4/24 周三17均匀无耗传输线的基本特性均匀无耗传输线的基本特性反射特性反射特性反射特性反射特性电压电压反射系数反射系数反射系数反射系数 任意一点任意一点任意一点任意一点z z处处的反射波的反射波的反射波的反射波电压电压与入射波与入射波与入射波与入射波电压电压之比。之比。之比。之比。电电流反射系数流反射系数流反射系数流反射系数 任意一点任意一点任意一点任意一点z z处处的反射波的反射波的反射波的反射波电电流与入射波流与入射波流与入射波流与入射波电电流之比。流之比。流之比。流之比。反射系数反射系数反射系数反射系数 描述反射波大小描述反射波大小描述反射波大小描述反射波大小 和相位的量。和相位的量。和相位的量。和相位的量。2024/4/24 周三18均匀无耗传输线的基本特性均匀无耗传输线的基本特性反射特性反射特性终端反射系数（端反射系数（负载反射系数）反射系数）任意一点反射系数与任意一点反射系数与终端反射系数的关系端反射系数的关系无耗无耗无耗无耗传输线传输线 结论：结论：1 1、均匀无耗传输线上，任意一点反射系数模值大小相等，相位沿、均匀无耗传输线上，任意一点反射系数模值大小相等，相位沿线呈周期变化；线呈周期变化；2 2、具有、具有/2的重复性。的重复性。2024/4/24 周三19均匀无耗传输线的基本特性均匀无耗传输线的基本特性反射特性反射特性反射系数与反射系数与输入阻抗的关系入阻抗的关系uu0 0|(z)|(z)|1 1 uu|(z)|=0(z)|=0：无反射，：无反射，：无反射，：无反射，Z ZL L=Z=Z0 0uu|(z)|=1(z)|=1：全反射。：全反射。：全反射。：全反射。Z ZL L=0=0，(z)=-1(z)=-1 Z ZL L=，(z)=1(z)=1 Z ZL L=jX jX，|(z)|=1(z)|=1结论：结论：输入阻抗与反射系数一一对应，因此输入阻抗输入阻抗与反射系数一一对应，因此输入阻抗Zin(z)可通过反射系可通过反射系数数(z)的测量来确定。的测量来确定。2024/4/24 周三20均匀无耗传输线的基本特性均匀无耗传输线的基本特性反射特性反射特性驻波系数与行波系数波系数与行波系数反射波的大小除了用反射波的大小除了用反射波的大小除了用反射波的大小除了用电压电压反射系数来描写外，反射系数来描写外，反射系数来描写外，反射系数来描写外，还还可用可用可用可用驻驻波系数波系数波系数波系数(VSWR)(VSWR)或行波系数或行波系数或行波系数或行波系数K K来表示。来表示。来表示。来表示。驻驻波系数波系数波系数波系数 -沿沿沿沿线线合成合成合成合成电压电压(或或或或电电流流流流)的最大的最大的最大的最大值值和最小和最小和最小和最小值值之之之之比。比。比。比。uu同相同相同相同相 最大最大最大最大值值；反相；反相；反相；反相 最小最小最小最小值值2024/4/24 周三21均匀无耗传输线的基本特性均匀无耗传输线的基本特性反射特性反射特性驻波系数波系数 行波系数行波系数K沿沿沿沿线电压线电压(或或或或电电流流流流)的最小的最小的最小的最小值值与最大与最大与最大与最大值值之比。之比。之比。之比。|=0,|=0,=1,K=1=1,K=1：匹配（无反射）：匹配（无反射）：匹配（无反射）：匹配（无反射）|=1,|=1,=,K=0,K=0：全反射：全反射：全反射：全反射2024/4/24 周三22传输线的基本特性传输线的基本特性反射特性反射特性特性阻抗特性阻抗特性阻抗特性阻抗为为7575的均匀无耗的均匀无耗的均匀无耗的均匀无耗传输线传输线，终终端接有端接有端接有端接有负载负载Z ZL L=R=RL L+jX+jXL L 。欲。欲。欲。欲使使使使线线上上上上电压驻电压驻波比波比波比波比为为3 3，负载应满负载应满足的条件？足的条件？足的条件？足的条件？【解解解解】例例2.62.6 故负载的实部和虚部应在圆心（故负载的实部和虚部应在圆心（125,0125,0）、半径为）、半径为100100的圆上。的圆上。上半圆对应负载为感抗，下半圆对应负载为容抗。上半圆对应负载为感抗，下半圆对应负载为容抗。2024/4/24 周三23传输线的基本特性传输线的基本特性功率特性功率特性传输功率功率均匀均匀均匀均匀传输线传输线上任意点上任意点上任意点上任意点处处的的的的电压电压、电电流流流流:2024/4/24 周三24传输线的基本特性传输线的基本特性功率特性功率特性传输功率功率传输线传输线上任一点通上任一点通上任一点通上任一点通过过功率的功率的功率的功率的时间时间平均平均平均平均值值:入射波功率：入射波功率：入射波功率：入射波功率：反射波功率：反射波功率：反射波功率：反射波功率：2024/4/24 周三25传输线的基本特性传输线的基本特性功率特性功率特性传输功率功率始端始端始端始端输输入功率：入功率：入功率：入功率：负载负载吸收功率：吸收功率：吸收功率：吸收功率：传输线传输线的的的的传输传输效率：效率：效率：效率：传输效率取决于传输线的传输效率取决于传输线的损耗损耗和和终端匹配终端匹配情况。情况。2024/4/24 周三26传输线的基本特性传输线的基本特性功率特性功率特性功率功率单位位2024/4/24 周三27传输线的基本特性传输线的基本特性功率特性功率特性功率容量功率容量在不在不在不在不发发生生生生击击穿情况下穿情况下穿情况下穿情况下传输线传输线允允允允许传输许传输的最大功率。的最大功率。的最大功率。的最大功率。2024/4/24 周三28传输线的基本特性传输线的基本特性功率特性功率特性损耗耗传输线传输线的的的的损损耗可分耗可分耗可分耗可分为为回波回波回波回波损损耗耗耗耗和和和和插入插入插入插入损损耗耗耗耗回波回波回波回波损损耗定耗定耗定耗定义为义为入射波功率与反射波功率之比。入射波功率与反射波功率之比。入射波功率与反射波功率之比。入射波功率与反射波功率之比。u匹配匹配负载负载：|L|=0,Lr,无反射波功率，负载吸收百分之百的入射功率。无反射波功率，负载吸收百分之百的入射功率。u全反射负载：全反射负载：|L|=1,Lr0,全部入射波功率被反射掉，负载未吸收入射功率。全部入射波功率被反射掉，负载未吸收入射功率。2024/4/24 周三29传输线的基本特性传输线的基本特性功率特性功率特性插入插入损耗耗插入插入插入插入损损耗定耗定耗定耗定义为义为入射功率与入射功率与入射功率与入射功率与传输传输功率之比。功率之比。功率之比。功率之比。Li包括：包括：u输入输出失配造成的损耗输入输出失配造成的损耗 u其它电路损耗（导体损耗、介质损耗、辐射损耗）其它电路损耗（导体损耗、介质损耗、辐射损耗）2024/4/24 周三30传输线的基本特性传输线的基本特性功率特性功率特性无耗情况下无耗情况下反射信号引起的反射信号引起的反射信号引起的反射信号引起的负载负载功率的减小功率的减小功率的减小功率的减小注意：注意：|L|越大越大,Lr越小；越小；Li越大越大举例：举例：P21P21，例，例1-41-4