第1章传输线理论PPT讲稿.ppt
《第1章传输线理论PPT讲稿.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第1章传输线理论PPT讲稿.ppt(148页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第1章传输线理论第第1章章1第1页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章2TEM波传输线通常采用“路”的分析方法,即:场问题分布参数等效电路传输线方程线上U、I变化规律分析传输特性分布参数是指:在高频工作时,传输线上沿线各处都显著存在电感、电容以及电阻和漏电导。以平行双线为例:第2页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章3线上电流I产生磁通,/IL,可见线上存在电感效应;两导线间存在V,由于CQ/V,可知有电容效应;此外,线上还存在损耗电阻和漏电导。这些参数在传输线上是沿线分布的,故称为分布参数。如果分布参数是沿线均匀的,则称该传输线为均匀传输线。第3页,共148页,编辑于
2、2022年,星期日第第1章章4有了分布参数的概念之后,就可将均匀传输线划分为许多无限小线段z(z),则每一个小线元可看成集总参数电路,其上有:电阻Rz、电感Lz、电容Cz、漏电导Gz。第4页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章5其中:L单位长度来回导线上的电感R单位长度来回导线上的电阻C单位长度来回导线间的电容G单位长度来回导线间漏电导于是线元等效为集总元件构成的型网络,实际的传输线则表示成各线元等效网络的级联。传输线的结构、尺寸、填充介质不同时,其分布参数也不同:第5页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章6LC第6页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章7传
3、输线上存在分布电感和分布电容,在高频情况下必须考虑电流、电压的相位滞后效应,所以传输线沿线上的u、i既是时间的函数,又是空间位置的函数,即:第7页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章81.2 传输线方程及其稳态解传输线方程及其稳态解1.均匀传输线方程均匀传输线方程图示均匀平行双线传输线系统。传输线的始端接微波信号源,终端接负载。第8页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章9选取坐标如图,坐标原点位于传输线终端,z的方向由终端指向始端。设在t时刻,位置z处的电压、电流分别为u(z,t)和i(z,t);而在位置z+z处的电压、电流分别为u(z+z,t)和i(z+z,t)。第9
4、页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章10由于第10页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章11z上电压u的变化,是由于电阻和电感上有电压降:R上的压降为u=iRz,L上的压降为u在位移z上电流I的变化,是由于漏电导和电容的分流:G上iuGz,C上i第11页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章12于是得到第12页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章13式中u、i取正号,表示沿z方向电压降低,电流减少。上式两边同除以z,并令z0,得均匀传输线方程:第13页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章14对于时谐电压和电流,可用复振幅表示为:于是均
5、匀传输线方程可改写为:第14页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章15工作在微波频段的低耗传输线一般有:RL,GC。此时可略去R、G,上式变成:称为均匀无耗传输线方程。第15页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章162.均匀无耗传输线方程的解均匀无耗传输线方程的解均匀无耗传输线方程第一式两边对z求导,有同理,第二式两边对z求导,得第16页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章17于是得均匀无耗传输线的波动方程:将上式写成第17页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章18式中是传输线上导行波传播的相位常数。该波动方程第一式的通解为将U(z)代回均匀无耗
6、传输线方程第二式:第18页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章19得令第19页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章20于是得到传输线上距终端负载z处的电压电流:这是电压、电流的复数表示式。传输线上电压和电流的瞬时值表达式为:第20页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章21由线上电压、电流的表达式可知:第21页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章22(1)线上任一点的电压(电流)均由入射波和反射波的电压(电流)叠加而成。(2)因为z是由终端起算的,随z增加相位不断超前,代表入射波;随z增加相位不断滞后,表示反射波。第22页,共148页,编辑于202
7、2年,星期日第第1章章23下面求待定系数:由边界条件决定,应用最多的情况是已知终端的。以代入式第23页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章24得整理得第24页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章25所以在已知终端负载的情况下,沿线的电压、电流分别为:第25页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章26分别代入U(z)和I(z)式,得利用第26页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章27式可改写为:有了沿线的电压电流分布,我们就可以分析传输线的传输特性。第27页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章28 3.传输线的特性参数传输线的特性参数1)
8、特性阻抗已知传输线上距终端负载z处的电压电流:第28页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章29定义传输线上入射波电压与入射波电流的比值为传输线的特性阻抗(Zc),即传输线的特性阻抗,单位为。其倒数称为特性导纳,用表示,第29页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章30由可知均匀无耗传输线的特性阻抗是个实数。值得注意的是:特性阻抗虽然是阻抗量钢,但与真实电阻不同,它不消耗能量。传输线的特性阻抗与传输线的结构尺寸和填充的介质有关:对于导线半径为r、两导线中心距为D的平行双导线传输线,其特性阻抗为第30页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章31对于内、外导体半径分别
9、为a、b的无耗同轴线,其特性阻抗为式中,为内、外导体间填充介质的相对介电常数。常用的同轴线传输线的特性阻抗有50和75二种。第31页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章322)相速与波长传输线上的相速定义为电压、电流入射波(或反射波)等相位面沿传输方向的传播速度,用表示。由等相位面的运动方程两边对t微分,有第32页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章33对于均匀无耗传输线来说,由于与成线性关系,故导行波的相速与频率无关,称为无色散波。当传输线有损耗时,不再与成线性关系,相速与频率有关,这称为色散特性。相速除以频率得波长:改写上式,得第33页,共148页,编辑于2022年
10、,星期日第第1章章34可见波每传播一个波长相位滞后2。传输线上的波长与自由空间的波长有以下关系:第34页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章351.3 传输线阻抗与状态参量传输线阻抗与状态参量1.输入阻抗输入阻抗传输线上任一端口的电压与电流的比值定义为该端口往负载端看去的输入阻抗:分子分母同时除以,得第35页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章36可见传输线上从不同端口往负载端看去的输入阻抗一般情况下,沿线的输入阻抗是不同的。只有时才处处相同。第36页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章372.反射系数由波动方程的解:可知,如果,即负载匹配时,线上只有入射波
11、。一般情况下,即负载不匹配,负载不匹配时线上不仅存在入射波而且有反射波。第37页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章38为反映终端不匹配程度和线上反射波的大小,引入反射系数传输线任一端口的反射波电压(或电流)与入射波电压(或电流)的比值,即通常将电压反射系数简称为反射系数,并记做(z)。反射系数越大,传输线上“波”的起伏越大。第38页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章39第39页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章40式中:终端反射系数;终端反射系数的模。终 端 反 射 系 数 的 相 位(表 示 终端的相位差)。第40页,共148页,编辑于2022年,星
12、期日第第1章章41于是,沿线各点的反射系数可写成:因为与z无关,所以负载确定后,沿线各点反射系数的模是一样的,均为。当然,各点反射系数的相位是不一样的,而且是以落后。第41页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章42引入(z)后,传输线上的U、I可写成由此可得的关系:第42页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章43 3.驻波系数与行波系数驻波系数与行波系数由前面分析可知,终端不匹配的传输线上各点的电压和电流由入射波和反射波叠加而成。其结果沿线各点的电压(电流)的振幅不同,形成驻波,如图。为描述传输线上驻波的大小,我们引入驻波系数和行波系数。第43页,共148页,编辑于20
13、22年,星期日第第1章章44驻波系数定义为:沿线电压(电流)最大值与最小值之比,即由于,所以。,表示线上是行波,表示线上是驻波,显然,S越接近于1,负载与传输线的匹配越好。第44页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章45S与的关系可改写为已知S,由此式可求得。除驻波系数外,有时还用行波系数表示传输线上驻波的大小,行波系数定义为沿线电压(电流)最小值与最大值之比,即第45页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章46K与S互为倒数。无反射全反射第46页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章47习题习题1.1有一架空平行双线,两线中心距D15cm,导线半径r0.1cm
14、,工作频率为100MHz。试求:单位长度上的分布参数L和C,相位常数,特性阻抗Zc,以及相速度和波长。1.2设无耗传输线的终端负载阻抗等于特性阻抗,如图所示。已知求,并写出处的电压瞬时值。第47页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章481.4 均匀无耗传输线工作状态分析均匀无耗传输线工作状态分析由可知:,无反射行波状态第48页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章49行驻波状态1.行波状态行波状态当时,线上只有入射波,为行波状态。这时第49页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章50写成瞬时式:行波特点:(1)线上各点的电压、电流振幅值不变,相位由始端到终端连续
15、滞后(因为由始端到终端z递减),如图示。第50页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章51沿线电压(电流)相位变化2的点间的距离波长(),由第51页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章52可得传输线上波长与自由空间波长有以下关系:(2)线上同一点的电压、电流同相位。第52页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章53(3)由可见,线上各点的输入阻抗均等于特性阻抗。2.驻波状态驻波状态第53页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章54在上述三种情况下,传输线上入射波在终端将全部被反射,沿线入射波和反射波叠加都形成纯驻波分布,唯一的差别在于驻波的分布位置不同
16、。(1)终端短路将,代入式第54页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章55可得其瞬时式为:短路线电压、电流的表达式表明:第55页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章56(a)由于传输线终端短路,入射波在终端被全反射。反射波与入射波叠加的结果,沿线电压振幅随z作正弦变化,电流振幅随z作余弦变化。如图所示。第56页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章57由图可见:在距短路终端/2整数倍的点上,即zn/2的点(n0,1,2,)上,电压为最小值,电流有最大值,电压节点(或电流腹点)。将代入电压、电流的瞬时式,得第57页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章
17、58终端短路线在距终端/4奇数倍,即在z,(n0,1,),这些点上:电压腹点(或电流节点)。电压(或电流)腹点与腹点相距/2,节点与节点相距/2;电压(或电流)的腹点与节点相距。第58页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章59(b)由于相位中没有kz项,当时间t增加时,沿线各点电压、电流只是在各自位置随时间作简谐变化。驻波腹点、节点的位置是固定不变的。(它相当于弦振动时,质点只作上下振动,波并不前进。)这一状态,称为驻波。电压、电流瞬时分布曲线如下图示。第59页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章60z第60页,共148页,编辑于2022年,星期日第第1章章61在t=0
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第1章 传输线理论PPT讲稿 传输线 理论 PPT 讲稿
限制150内