第一章 传输线理论PPT学习课件

本章将引入射频电路中的基本概念——传输线， 并对其做简单的介绍。
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认识传输线
随着信息系统工作频率的提高和高速数字电路的发展，必
须考虑传输距离对信号幅度相位（ 频域）和波形时延（ 时域）
的影响。本章从电路的观点出发，将传输线看作分布参数电路，
与下一章导波理论相比较，传输线理论不考虑具体传输线的结构
和横向纵向的场分布，只关心电压电流或等效电压电流沿传输线
第1章 传输线理论
2014.3
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内容简介
1.1 认识传输线 1.2 同轴线 1.3 同轴电缆 1.4 微带线 1.5 双线传输线
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传输线理论
射频识别（Ratio Frequency Identication，RFI D），是20世纪80年代发展起来的一种自动识别技 术，RFID利用射频信号的空间耦合实现无接触信息 传输并通过所传输的信息进行目标识别。射频识别 包括射频（RF）与识别（ID）两个部分。其中“射 频”部分主要指电子标签和读写器中的射频电路即 射频前端和天线，是实现射频识别的基础。
我们所关心的是瞬态解，应用入射波、反射波、时延、瞬态波形
等概念来描述线上的工作状态。传统的传输线理论注重频域稳态
解。在实际工作中，由于高速数字电路的飞速发展，传输线上时
域信号的瞬态解正日益引起人们的关注和研究。
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认识传输线
一、传输线的基本概念 1、定义
传输线:是用来引导传输电磁波能量和信息的装置，例如：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
百米长的线却仍是短线。
f
50
2、 结论
在微波频率时，传输线的分布参数效应不能被 忽略，而认为传输线的各部分都存在有电感、电容、 电阻和电导，也就是说，这时传输线和阻抗元件已 融为一体，它们构成的是分布参数电路，即在传输 线上处处有贮能、处处有损耗。也正是如此，在微 波下，传输线的作用除传输信号外还可用于构成各 种微波电路元件。
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TEM波模型如图1-1所示，电场（E）与磁场（H）与 电磁波传播方向（V）垂直。TEM传输线上电磁波的传播 速度与频率无关。本课程中射频电路只涉及TEM传输线。
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认识传输线
3、传输线分类
TEM传输线有很多种类，常用的有双线传输线、同轴线、 带状线和微带线（传输准TEM波），用来传输TEM波的传输 线一般由两个（或两个以上）导体组成。
长线是指传输线的几何长度和线上传输电磁波的波长的比值 （即电长度）大于或接近于1；反之，则称为短线。可见二者是 相对概念，取决于传输线的电长度而不是几何长度。
在射频电路中，传输线的几何长度有时只有几厘米，但是因 为这个长度已经大于工作波长或与工作波长差不多，仍称为长线； 而输送市电的电力线，即使几何长度为几千米，单与市电的波长 （如6000km）相比，还是小得多，所以将其视为短线。
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认识传输线
传输线的构成 从传输模式上看，传输线上传输的电磁波可以分为三种
类型。 （1）TEM波（横电磁波）：电场和磁场都与电磁场传播
方向垂直。 （2）TE波（横电波）：电场与电磁场传播方向垂直，传
播方向上只有磁场分量。 （3）TM波（横磁波）：磁场与电磁波传播方向垂直，传
播方向只有电场分量。
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1、长线效应
设传输线的几何长度为 l，其上工作波长为 。（下面定义
几个参数）
电长度： 一般称 l 为传输线的电长度（电刻度）。
长线： 一般认为电长度 l 0.1 (或0.05)的传输线是
长线。（相应地 l 比 小的多的传输线就是短线。）。
在微波下工作的传输线，其几何长度与它的工作波长相比
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3、传输线的分布参数及其等效电路
（1）分布参数:
信号从发射机到天线或从天线到接收机的传送都是由传输线来 完成的。(或凡是用来把电磁能从电路的一端送到电路的另一端 的设备统称为传输线)。如图所示。
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2 、对传输线的基本要求
（1）传输损耗要小，传输效率要高； （2）工作频带要宽，以增加传输信息容量和保证信号 的无畸变传输； （3）在大功率系统中，要求传输功率容量要大； （4）尺寸要小，重量要轻，以及能便于生产和安装。 (为了满足上述要求，在不同的工作条件下，需采用不同 型式的传输线。在低频时,普通的双根导线就可以完成传 输作用,但是,随着工作频率的升高,由于导线的趋肤效应和 辐射效应的增大使它的正常工作被破坏.因此,在高频和微 波波段必须采用与低频时完全不同的传输线形式)
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（1） 横电磁波（TEM波）传输线，如双导线、同轴 线、带状线等。常用波段米波、分米波、厘米波。
(a)平行双导线 （b）同轴线
（c）带状线
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（2）波导传输线（TE和TM波），如矩形、圆形、脊形 和椭圆形波导等。厘米波、豪米波低端。
（a）矩形波导 （b）圆形波导 （c）脊形波导
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（3）表面波传输线：如介质波导、介质镜像线、单根 线等。其传输模式一般为混合波型。适用于毫米波。
（a）介质波导 （b）镜像线 （c）单根表面波传输线
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认识传输线
长线的含义
传输线是传输电磁能量的一种装置，在低频电路中的导线属 于传输线的一种特例。低频传输线中（导线），电流几乎均匀分 布在导线内部。随着工作频率的升高，波长不断减小，电流集中 在导体表面，内部几乎没有能量传输。传输线上的电压和电流随 着空间位置的不同而变化，电流和电压呈现出波动性。我们引入 长线的概念来区分它们。
的变化。相对于场的理论而言，传输线是一种简化的模型，它不
包括横向（ 垂直于传输线的截面）场分布的信息，却保留了纵
向（ 沿传输线方向）波动现象的主要特征。对于许多微波工程
中各种器件部件，采用这种简化的模型进行分析计算仍然是非常
有效的和简洁的。在频域，我们所关心的是稳态解，应用入射波
、反射波、幅度、相位等概念来描述线上的工作状态；在时域，
较，l 比 还长或者两者可以相比拟，也就是说一般在微波波段
满足长线这个条件。
注意：长线是一个相对的概念，它指的是电长度而不是几
何长度。 例如：当
f
10GHz
时，
c f

3 108 10 109
0.03
米＝3厘米，
则几厘米的传输线就应视为长线；
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当 f 50Hz 时， 则 c 3 108 6000 千米，即使长为几