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第一章 传输线理论.

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传输线理论及信号完整性分析

传输线理论及信号完整性分析

信号完整性分析（Signal Integrity） SI的四种分析、描述手段和途径
传输线理论
多长的走线才是传输线？ 这和信号的传播速度有关，在FR4板材上铜线条中信号速 度为6in/ns。简单的说，只要信号在走线上的往返时间大于 信号的上升时间，PCB上的走线就应当做传输线来处理。 对于传输时间<信号上升时间的线路，由于对信号的影响 微乎其微，所以在此不做讨论。 假设有一段60英寸长的PCB走线，如图1所示，返回路径是 PCB板内层靠近信号线的地平面，信号线和地平面间在远端开 路。 在这段走线上加一个上升时间为1ns的信号，在最初的1ns 时间，信号在线条上还是走了6英寸。
*这个很容易理解，线之间的间距大，其分布电容电感之间的影响就小，电 磁场耦合也会变小
2.在满足阻抗要求的情况下，应该使传输线和参考平面间的距离越小 越好（减小H）。这样做会让传输线和参考平面更紧密的耦合，减少 临近线的干扰 3.对于关键信号（例如时钟信号）用差分走线，如果系统设计允许的 话
*差分信号的共模抑制好，能有效的抑制临近线的干扰。但是很多时候系统 设计就是单端模式。 *设计中要尽量减小H，但也不是无限制的，还受到制造工艺的限制。
传输线理论与
信号完整性分析
一、传输线理论
§1.什么是传输线
什么是传输线呢？任何2个有长度的导体就是传输线，如下图所示。 对于传输线，要彻底忘记“地”的概念，所谓的地不过是信号的 返回路径。所以传输线就是由信号路径和其返回路径构成的.
信号在传输线上的传播速度到底是多少呢？假定传输线介质的介电常数为4.空 气中信号的速度为 3000, 000km每秒，即30cm/nsec.那么在介质中的速度 就为 :
信号完整性分析（Signal Integrity）

第1章均匀传输线理论详解

第1章均匀传输线理论详解
第1章 均匀传输线理论
第1章
1.1 1.2 1.3 1.4
均匀传输线理论
均匀传输线方程及其解 传输线阻抗与状态参量 无耗传输线的状态分析 传输线的传输功率、 效率与损耗
1.5
1.6 1.7
阻抗匹配
史密斯圆图及其应用 同轴线的特性阻抗
习
题
第1章 均匀传输线理论
传输线
电路：导线
e.g.50Hz交流电电线
无纵向电磁场分量的电磁波称为横电磁波，即TEM
波，TEM波只能够存在于双导体或多导体中。
另外, 传输线本身的不连续性可以构成各种形式的
微波无源元器件 , 这些元器件和均匀传输线、 有源
元器件及天线一起构成微波系统。
第1章 均匀传输线理论
一、传输线的种类
1、双导体传输线（TEM波传输线）： 它由两根或两根以上平行导体构成 , 因其传输的电 磁波是横电磁波（ TEM 波）或准 TEM 波 , 故又称为 TEM波传输线。
dU ( z ) Z I ( z) dz
dI ( z ) Y U ( z ) dz
移相
dU 2 ( z ) dI ( z ) Z Z Y U ( z ) 2 dz dz
dI 2 ( z ) Z Y I ( z) 0 2 dz
dI 2 ( z ) dU ( z ) Y Y Z I ( z) 2 dz dz
从微分的角度，对很小的Δz, 忽略高阶小量,有： u ( z , t ) u ( z z , t ) u ( z , t ) z z i ( z , t ) i ( z z , t ) i ( z , t ) z z 从电路角度，应用基尔霍夫定律，可得： i ( z , t ) u(z, t)+R﹒Δz﹒i(z, t)+ L z - u(z+Δz, t)=0 t u( z z, t ) i(z, t)+G﹒Δz﹒u(z+Δz, t)+ C﹒Δz﹒ -i(z+Δz, t)=0

传输线理论

传输线理论

传输线理论传输线理论是一门研究电力传输系统的学科，也是研究电力网络物理及其实时控制及管理技术的一种手段。

它是电子学和电力工程中研究有关电气信号传播的基础理论。

传输线理论是学习电力系统分析的第一章，它涉及电磁学、电气学和信号处理，它学习的分析方法可应用于电力系统的规划、设计、安装和运行。

传输线理论的研究内容主要包括以下几个方面：首先，传输线的物理性质，包括电磁学和电气学，研究传输线的电磁学和电气学特性，为分析传输线的性能奠定必要的基础。

其次，传输线的电网模型，研究传输线的模型，进行传动线性系统的分析和设计。

第三，传输线的控制原理，研究传输线控制器的原理，以及传输线控制系统的设计和分析。

最后，传输线安全性研究，研究在不同电力系统形式下传输线的安全性，为保证传输线设计和操作安全提供必要的依据。

传输线理论作为电力系统分析的基础，是必不可少的重要科学领域。

它的应用已广泛渗透到电力系统的分析、运行和控制等领域，它不仅可以用于常规电力系统的分析，而且可以应用于新能源系统，包括太阳能、风能和海洋能等可再生能源系统的设计及优化。

传输线理论的发展也使电力系统运行更加可靠、稳定，传输线的运行模拟技术可以模拟电力系统的运行，根据模拟的结果，可以进一步优化电力系统的设计和操作，提高电力系统的可靠性和稳定性。

现代电力网的先进技术，如自动控制和解决方案也需要传输线理论的支撑，否则很难实现电力系统运行的可靠性和稳定性。

总之，传输线理论已经成为电力系统分析、设计、安装和运行的重要基础理论，它在满足电力系统运行的可靠性和稳定性方面发挥着重要的作用，同时也可用于新能源系统的分析、设计和优化。

只有进一步深入研究传输线理论，才能更好地发挥它在满足现代电力系统需求方面的重要作用。

第1章 均匀传输线理论

第1章 均匀传输线理论

60
式 中 , α 为 衰 减 常 数 , 单 位 为 dB/m( 有 时 也 用 Np/m, 1 Np/m=8.86 dB/m ); β为相移常数, 单位为rad/m。
对于无耗传输线,R=G=0, 则α=0, 此时γ=jβ, β=ω
于损耗很小的传输线, 即满足R<<ωL、G<<ωC时, 有
。 LC 对
式中, Zl为终端负载阻抗。 上式表明: 均匀无耗传输线上任意一点的输入阻抗与观察 点的位置、传输线的特性阻抗、终端负载阻抗及工作频率有关, 且一般为复数, 故不宜直接测量。另外, 无耗传输线上任意相距 λ/2处的阻抗相同, 一般称之为λ/2重复性。 ［例1- 1］一根特性阻抗为50 Ω、 长度为0.1875m的无耗 均匀传输线 , 其工作频率为 200MHz, 终端接有负载 Zl=40+j30
得，为此，引入以下三个重要的物理量: 输入阻抗、 反射系数
和驻波比。 1. 由上一节可知, 对无耗均匀传输线, 线上各点电压U(z)、 电 流I(z)与终端电压Ul、终端电流Il的关系如下
U(z)=Ulcos(βz)+jIlZ0sin(βz) I(z)=Il cos(βz)+jUlZ0sin(βz) (1- 2- 1)
寸、形状、媒质分布、材料及边界条件均不变的导波系统称为
规则导波系统, 又称为均匀传输线。 把导行波传播的方向称为 纵向, 垂直于导波传播的方向称为横向。无纵向电磁场分量的
电磁波称为横电磁波，即TEM波。另外, 传输线本身的不连续
性可以构成各种形式的微波无源元器件, 这些元器件和均匀传 输线、 有源元器件及天线一起构成微波系统。
R G r jw LC ( 1 )( 1 ) jwL jwc

传输线原理

传输线原理

第一章. 传输线理论一、典型的分布参数系统—传输线。

在一般的电路分析中，所涉及的网络都是集总参数的，即所谓的集总参数系统。

电路的所有参数，如阻抗、容抗、感抗都集中于空间的各个点上，即各个元件上。

各点之间的信号是瞬间传递的。

集总参数系统是一种理想化的模型。

它的基本特征可归纳为：<1>. 电参数都集中在电路元件上。

<2> . 元件之间连线的长短对信号本身的特性没有影响，即信号在传输过程中无畸变, 信号传输不需要时间。

<3>. 系统中各点的电压或电流均是时间且只是时间的函数。

集总参数系统是实际情况的一种理想化近似。

实际的情况是各种参数分布于电路所在空间的各处，当这种分散性造成的信号延迟时间与信号本身的变化时间相比已不能忽略的时侯，就不能再用理想化的模型来描述网络。

这时，信号是以电磁波的速度在信号通道上传输，信号通道(或者说是信号的连线)是带有电阻、电容、电感的复杂网络，是一个典型的分布参数系统。

任何一个电子学系统中，都不可避免地要使用大量连接线，有的连接线很短，只有几厘米，有的连接线很长，有几米、几十米甚至上百米。

在这样长的连接线上，信号从始端(信号源所在处)传到终端(负载所在处)需要一定的时间，实验和电动力学的理论都证明了以空气为绝缘介质米/秒，也就是0.3米/ns。

假设有5米的均匀导体，电信号的传输速度可以接近光速即3108长的导线，信号从始端传到终端需要17ns时间，换句话说，终端信号相对于始端有17ns的延迟。

这段时间相对于微秒或更低速度的系统是无关大局的，但对于毫微秒(ns)量级的高速电路就不能等闲视之了。

高速门电路(如74FTTL系列数字集成电路)的每级平均延迟时间可以小到几个ns，这时由上述连接线产生的延迟就不可再忽略。

而速度更高的ECL数字集成电路，其典型延迟时间为1～2 ns(ECL 10K系列)，甚至只有300～500 ps(ECLinPS系列)。

第1章 传输线理论和阻抗匹配

第1章 传输线理论和阻抗匹配
(1.3a)
(1.3b)
1.3.2 传输线方程的解
同时求解（1.3）式两个方程，对其两边再微 分一次，给出V(z)和I(z)的波动方程为：
d 2 V( z ) 2 V( z ) 0 dz2 d 2 I ( z) 2 I ( z) 0 dz2
式中
（1.4a)
（1.4b)
j (R jL)(G jC)
•
传输线属长线，沿线各点的电压和电流 （或电场和磁场）既随时间变化，又随空间位 置变化，是时间和空间的函数，传输线上电压 和电流呈现出了波动性，所以长线用传输线理 论来分析。 • 传输线理论是对长线而言的，用来分析传 输线上电压和电流的分布，以及传输线上阻抗 的变化规律。在射频频段，必须使用传输线理 论取代电路理论。传输线理论是电路理论与电 磁场波动理论的结合，传输线理论可以认为是 电路理论的扩展，也可以认为是电磁场波动方 程的解。
传输线的构成
传输线主要从两方面考虑其构成： 一是从电性能方面考虑，有传输模 式、色散、工作频带、功率容量、损耗等 几个指标； 二是从机械性能方面考虑，有尺寸、 制作难易度、集成难易度等几个指标。
1. 传输线的电性能 从传输模式上看，传输线上传输的电 磁波分三种类型：
（1）TEM波（横电磁波）：电场和磁场都与电磁 波传播方向相垂直. EZ=HZ=0 （2）TE波（横电波）：电场与电磁波传播方向相 垂直，传播方向上有磁场分量. EZ=0, HZ≠0 （3）TM波（横磁波）：磁场与电磁波传播方向 相垂直，传播方向上有电场分量. HZ=0, EZ≠0
TEM波、TE/TM波传输线特点
•
• •
•
(1)射频电路的传输线上只传输TEM波或准TEM 波。特点： TEM传输线无色散。（色散：电磁波的传输速 率与频率有关）。 TEM传输线的工作频带较宽，0~几GHz。 TEM传输线的功率容量和损耗应能满足射频设 计要求。 但TEM传输线高频能量损耗大。

第1章 均匀传输线理论(3)


1.3 无耗传输线的状态分析
图 1- 4 无耗终端开路线的驻波特性
1.3 无耗传输线的状态分析 当均匀无耗传输线端接纯电抗负载Zl=±jX时, 因负载不能 消耗能量, 仍将产生全反射, 入射波和反射波振幅相等, 但此时 终端既不是波腹也不是波节, 沿线电压、电流仍按纯驻波分布。 由前面分析得小于λ/4的短路线相当于一纯电感, 因此当终端负 载为 Zl=jXl 的纯电感时 , 可用长度小于 λ/4的短路线 lsl 来代替。 由式（1- 3- 6）得
Rmax·Rmin=Z02
实际上, 无耗传输线上距离为λ/4的任意两点处阻抗的乘积
均等于传输线特性阻抗的平方, 这种特性称之为λ/4阻抗变换性。
［例 1- 3］设有一无耗传输线, 终端接有负载Zl=40－j30(Ω): ① 要使传输线上驻波比最小, 则该传输线的特性阻抗应取
多少？
② 此时最小的反射系数及驻波比各为多少？ ③
ZC Z 0 2Z 0 Z 0 1 C ZC Z 0 2Z 0 Z 0 3
B 0
1.3 无耗传输线的状态分析

(1- 3- 8)
1.3 无耗传输线的状态分析 图 1- 5 给出了终端接电抗时驻波分布及短路线的等效。 总之, 处于纯驻波工作状态的无耗传输线, 沿线各点电压、
电流在时间和空间上相差均为π/2, 故它们不能用于微波功率的
传输, 但因其输入阻抗的纯电抗特性, 在微波技术中却有着非常 广泛的应用。
将上式对Z0求导, 并令其为零, 经整理可得
402+302-Z02=0
即Z0=50Ω。 这就是说, 当特性阻抗Z0=50Ω时终端反射系数最小, 从而驻波比也为最小。
1.3 无耗传输线的状态分析

实验01：传输线理论

实验一：传输线理论 * （Transmission Line Theory ）一. 实验目的：1. 了解基本传输线、微带线的特性。

2. 利用实验模组实际测量以了解微带线的特性。

3. 利用MICROWA VE 软件进行基本传输线和微带线的电路设计和仿真。

二、预习内容：1．熟悉微波课程有关传输线的理论知识。

2．熟悉微波课程有关微带线的理论知识。

四、理论分析：（一）基本传输线理论在传输线上传输波的电压、电流信号会是时间及传输距离的函数。

一条单位长度传输线的等效电路可由R 、L 、G 、C 等四个元件来组成，如图1-1所示。

假设波的传播方向为＋Z 轴的方向，则由基尔霍夫电压及电流定律可得下列二个传输线方程式：此两个方程式的解可写成：0)()()()()(222=+---z V LG RC j z V LC RG dzz V d ωω0)()()()()(222=+---z I LG RC j z I LC RG dzz I d ωω 图1-1单位长度传输线的等效电路zz e V e V z V γγ--++=)( (1-1) ，z z e I e I z I γγ--+-=)((1-2)其中V +,V -,I +,I -分别是信号的电压及电流振幅常数，而+、-则分别表示+Z ，-Z 的传输方向。

γ则是传输系数（propagation coefficient ），其定义如下：))((C j G L j R ωωγ++= (1-3)而波在z 上任一点的总电压及电流的关系则可由下列方程式表示：I L j R dzdV ⋅+-=)(ωV C j G dz dI⋅+-=)(ω (1-4) 式（1-1）、（1-2）代入式（1-3）可得：Cj G I V ωγ+=++ 一般将上式定义为传输线的特性阻抗（Characteristic Impedance ）——Z O ：Cj G Lj R C j G I V I V Z O ωωωγ++=+===--++当R=G=0时，传输线没有损耗（Lossless or Loss-free ）。

微波技术第1章-传输线理论1

S
电磁波传播问题概述
• 时域一般波动方程
r r r 2 r ∂E ∂ E 1 ∂J 2 ∇ E − µε − µε 2 = ∇ρ + µ ∂t ∂t ε ∂t r r 2 r r ∂H ∂ H 2 ∇ H − µε − µε 2 = −∇ × J ∂t ∂t
(9)
一阶时间偏导数代表损耗，二阶代表波动。 一阶时间偏导数代表损耗，二阶代表波动。
(5)
r r r r D = εE , B = µH
短路面（理想导体边界）
r r n×E = 0 S r r r n×H =α S r r n•D =σ S r r n•B =0
S
→
Et
S
= 0,
Hn S = 0 Ht
S
En S ≠ 0,
≠0
(6)
切向电场为零， 切向电场为零，切向磁场不为零的界 电壁）均可视为等效短路面 等效短路面。 面（电壁）均可视为等效短路面。
第1章 微波传输线
§1.1 引言
*传输系统：把微波能量从一处传到另一处的装置。 传输系统：把微波能量从一处传到另一处的装置。
传输系统也叫导波结构或导波系统。 传输系统也叫导波结构或导波系统。 微波中常用传输系统： 微波中常用传输系统： 传输线：由两根或两根以上平行导体构成。 *传输线：由两根或两根以上平行导体构成。 通常工作在其主模（ 通常工作在其主模（TEM波或准TEM波） 。 故又称为TEM波传输线。（含平行双线、同轴线和微带线等） 波传输线。 含平行双线、同轴线和微带线等） 波导管：由单根封闭柱形导体空腔构成。 *波导管：由单根封闭柱形导体空腔构成。 电磁波在管内传播，简称波导。 电磁波在管内传播，简称波导。 表面波波导：由单根介质或敷介质层导体构成。 *表面波波导：由单根介质或敷介质层导体构成。 电磁波沿其表面传播。 电磁波沿其表面传播。

01微波技术第1章传输线理论


传 输 线 理 论
二、分布参数的概念及传输线的 等效电路
• 电路理论的前提是集中参数，其条件为： •
ι＜＜λ ι：电器尺寸，λ：工作波长 传输线中工作波长和传输长度可比拟，沿 线的电压、电流不仅是时间的函数，还是 空间位置的函数，从而形成分布参数的概 念。
传 输 线 理 论
传输线上处处存在分布电阻、分布电 感，线间处处存在分布电容和漏电导。分 布参数为：R（Ω/m）、L（H/m） C（F/m）、 G（S/m） 如果分布参数沿线均匀，则为均匀传 输线，否则，为非均匀传输线。 传输线的等效电路如图1.1.1所示
EXP：双根传输线
传 输 线 理 论
Zc取决于传输线的几何尺寸和周围媒介， 与传输线的位置和工作频率无关。
传 输 线 理 论
⑶ 相速和波长 相速：某一等相面推进的速度 令α=0（无耗），由ωt-βz=常数,得
传 输 线 理 论
§1-3 反射系数、输入阻抗与 驻波系数
传输线上的电压、电流既然具有波
传 输 线 理 论
第一章 传输线理论
§1-1 传输线的种类及分布 参数的概念
传 输 线 理 论
• 定义：广义上讲，凡是能够导引电磁波
•
沿一定方向传输的导体、介质或由他们 共同组成的导波系统，都可以称为传输 线。 传输线是微波技术中最重要的基本元件 之一，原因有两点： ⑴ 完成把电磁波的能量从一处传到另一 处。 ⑵ 可构成各种用途的微波元件。 Exp：耦合器、匹配器、电容、电感等
传 输 线 理 论
1.3.2式的意义在于： ⑴ 无耗传输线上各点反射系数的大小相等， 均等于终端反射系数的大小。 ⑵ 只要求出|Γ|，若已知λ或β则可求出任意 点的反射系数Γz 随着ZL的性质不同，传输线上将会有 如下不同的工作状：
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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：
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。
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)
f
10 10
则几厘米的传输线就应视为长线；
c 3 108 当 f 50Hz 时， 则 6000 千米，即使长为几 f 50 百米长的线却仍是短线。
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
认识传输线
1、同轴线的结构
同轴线的结构，由外向内依次是护套、外导体（屏蔽层）、绝缘介质和 内导体4部分。下面我们就分别介绍一下每一部分的作用。 护套，即最外面是一层绝缘层，起保护作用，室外电缆宜用具有优良气 候特性的黑色聚乙烯，室内用户电缆从美观考虑则宜采用浅色的聚乙烯。 外导体（屏蔽层），同轴电缆的外导体有双重作用，它既作为传输回路 的一根导线，传输低电平，又具有屏蔽作用，外导体通常有3种结构。 （1）金属管状。这种结构采用铜或铝带纵包焊接，或者是无缝铜管挤包 拉延而成，这种结构形式的屏蔽性能最好，但柔软性差，常用于干线电缆。 （2）铝塑料复合带纵包搭接。这种结构有较好的屏蔽作用，且制造成本 低，但由于外导体是带纵缝的圆管，电磁波会从缝隙处穿出而泄漏，应慎重 使用。 （3）编织网与铝塑复合带纵包组合。这是从单一编织网结构发展而来的， 它具有柔软性好、重量轻和接头可靠等特点，实验证明，采用合理的复合结 构，对屏蔽性能有很大的提高，目前这种结构形式被大量使用。
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。
3、传输线的分布参数及其等效电路
（1）分布参数:
当高频信号通过传输线时，将产生如下分布参数效应： （ a ）由于电流流过导线，而构成导线的导体为非理想的 ，所以导线就会发热，这表明导线本身具有分布电阻；（单位 长度传输线上的分布电阻用 R1 表示。） （ b ）由于导线间绝缘不完善（即介质不理想）而存在漏 电流，这表明导线间处处有分布电导；（单位长度分布电导用 表示 G1 。） （ c ）由于导线中通过电流，其周围就有磁场，因而导线 上存在分布电感的效应；(单位长度分布电感用L1 表示。) （ d ）由于导线间有电压，导线间便有电场，于是导线间 存在分布电容的效应；(单位长度分布电容 C1 用表示。) R1为单位长度损耗电阻；G1为单位长度损耗电导；L1为单 位长度电感，简称分布电感；C1为单位长度电容，简称分布 电容。当 R1=0、G1=0时称为无耗传输线。
（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
（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
（3）表面波传输线：如介质波导、介质镜像线、单根
第1章 传输线理论
2014.3
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
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。 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。
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 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。 c 3 108 例如：当 f 10GHz 时， 米＝3厘米， 0 . 03 9
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
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。 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。
一般来讲，5mm粗的家用，100m问题不大。
认识传输线
（3）使用限期，任何电缆都有一定的寿命，电缆在使用一 段时间后，由于材料老化，导体电阻变大，绝缘介质的漏电流 增加，当电缆的衰减常数比标称值增加 10[%]-15[%] 时，该电 缆就应该更新，一般电缆的寿命根据质量和使用场合的不同在 7-20年。 （4）屏蔽特性，屏蔽特性是衡量同轴电缆抗干扰能力的一 个参数，也是衡量同轴电缆防泄漏的一个重要参数。如果电缆 屏蔽不好，传输信号不仅会受到外来杂波的串扰，影响有线电 视信号质量，也会泄漏出去干扰其他信号，为非有线电视用户 所接收，严重影响有线电视的正常入户，收到邻居的有线信号 就是这个原因。
认识传输线
（5）温度系数，温度系数表示温度变化对电缆特 性的影响程度，温度升高，电缆的损耗增加，温度降 低，电缆的损耗减少。电缆衰减值的温度变化量大约 为0.2[%]dB/℃，表明电缆衰减在原基础上变化0.2[%]， 若温度变化为±25℃，则电缆的衰减量变化±5[%]dB 。 另外，同轴电缆的衰减量随频率的不同是存在斜度的， 温度的变化不仅会引起衰减量的变化，而且会引起斜 度的变化。在实际工作中，消除温度变化对系统影响 的措施是采用温度补偿型放大器、自动增益控制放大 器和自动斜率控制放大器。家庭使用，这方面基本不 需要考虑。
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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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。
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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 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， 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。
同轴最早是美国用在军事上，美国军标中的RG-59（75Ω）、RG-58（50Ω）、RG-213（50Ω 是我们常用到的。
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3、同轴线的特征
（1）特性阻抗，同轴电缆的主体是由内、外两导体构成的，对于导体中
流动的电流存在着电阻与电感，对导体间的电压存在着电导与电容，这些特 性是沿线路分布的，称为分布常数，由于在制造中尺寸精度和介质材料纯度
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2、同轴线的类型
按照同轴线应用的位置，大致可以分为3种类型： 1、干线电缆：其绝缘外径一般为9mm以上的粗电缆，要求损耗小，柔软性 要求不高。上海卫星电视安装网 2、支线电缆：其绝缘外径一般为7mm以上的中粗电缆，要求损耗小， 同时 也要一定的柔软性。 3、用户分配网电缆：其绝缘外径一般为5mm，损耗要求不是主要的，但要 求良好的柔软性和室内统一直协调性。 在具体应用的时候，如果布线长度过长而导致信号衰减严重的话，选择粗一 点的同轴线是个不错的主意。 从同轴电缆的型号大致看出其结构类型，下面给出我国电缆的统一型号编制 方法以及代号含义，供大家参考。同轴电缆的命名通常由4部分组成。 国标后面的第一个数字是，特性阻抗，特性阻抗是结构决定的，与导体电阻 无关，可以理解为线缆无限长时的阻抗，常用的是75Ω、50Ω、93Ω。 第二个数字是，外金属的内径，数字越大表明越粗，为了保证稳定的特征阻 抗，内导体也会相应的的变粗。 第三个数字是序号，各序号之间的差异要看厂家的说明，没的构成 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。