传输线理论
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传输线理论传输线理论是电子学中一种重要的理论基础,它描述了在信号传输中由电磁场在电缆中引起的电场和磁场之间的关系,以及电缆和电磁环境的相互作用。
这个理论的根本是在于电磁场的传播和电磁场的相互作用,从而得出传输效率和电路中信号传播的延迟等结论。
此外,它还可以用来描述复杂的传输线系统,以及信号的传播机制和特性。
传输线理论的基本概念包括:电磁场、电路参数、电路模型和信号传输。
其中电磁场涉及到电磁波的定义,以及电磁波如何在电缆中传播。
电路参数涉及到传输线性特性,其中包括电阻、电抗和电纳,以及传输线的阻抗和频率特性。
电路模型描述了信号在电路中的传播机制,它可以帮助我们理解传输线的性质,以及电路模型的参数如何影响信号的传播。
最后,信号传输涉及到信号的电压、功率和噪声,以及信号如何传播到另一端。
传输线理论的应用可以分为电缆和微波传输等两大类别。
电缆中的应用主要涉及到电缆的阻抗、损耗、线形、幅值放大和信号延迟等参数,常用来研究电缆的电性和磁性特性,以及电缆信号传输过程中的特性。
微波传输中的应用主要涉及到微波传输线和微波设备的参数,用来研究微波系统的功率波形特性和传输系统的效率、噪声比等参数。
传输线理论的研究还可以应用到其他领域,如网络、无线电等。
网络中的应用涉及到以太网、光纤网络等,以及其对应的传输介质参数和性能。
无线电中的应用主要涉及到电台、天线和通信电缆的传播特性,旨在研究信号如何在空中传播,以及传播距离和信号强度等参数。
综上所述,传输线理论是电子学中一种重要的理论基础,可以应用于电缆、微波、网络和无线电等多个领域,以研究信号的传播机制和特性。
它的基本概念包括电磁场、电路参数、电路模型和信号传输,这些概念可以帮助我们理解不同信号如何在介质中传播,以期获得更好的传输效率和信号延迟。
传输线理论
传输线理论是电子和电力学中不可缺少的一部分,是计算、传输和处理信号的基本装置。
它会把发送信号过程中的电能储存在某一部分线路中,当信号到达时会释放电能,从而得到期望的信号结果。
传输线理论的基本原理是以电流为媒介的波形的传输。
当一个电流的信号(如果根据电磁学规律,一个电流信号存在时就会改变一个向量磁场)流经一根线路时,会在线路中传播,形成一种叫做“振荡”的效果,即电压和电流会在线路中持续发生变化。
如果电流的变化速度足够快,线路就会模拟出一定的波形。
在现代电子设备中,传输线理论的实际应用很常见。
它使用各种导线和组件,如电容器、电感器和变压器,来设置不同的参数,让信号在线路中持续传播,从而发挥它的作用。
以电路中常用的电容为例,它会把信号中的高频分量存储起来,从而达到平滑波形,而且把低频分量等发射出去。
传输线理论在电子行业中的另一个重要作用就是保护电子设备
免受不良外界环境影响。
它可以把外界来自电磁波或其他因素的高频影响抑制住,这样就可以有效减少对设备的损害,保证设备的稳定性和可靠性。
此外,传输线理论还被用在很多有趣的实验方面。
例如,通过结合人工智能技术,在一条电线上建立一种“传输线神经网络”,可以模拟人的神经元,来实现识别和分类等复杂的运算任务。
总之,传输线理论是电子和电力学中非常有用的理论,它可以有
效提高电子设备的工作性能,增强设备的耐受性,以及应用在实验方面,这些都给现代电子领域带来了非常重要的技术支持。
传输线理论
传输线理论,简称TLT,是有限的电子单元电流和电压的研究,构成电子系统的基础。
TLT是非常有用的,因为它可以帮助我们研究,设计和分析简单或复杂的电路,尤其是复杂的多路径电路,比如电磁波传输线和低频无线系统。
TLT涉及到不同电子元件的耦合和交互作用,这可能影响电路的性能。
TLT的研究可以从两个方面来看:对某种类型传输线的整体特性的理论分析,以及一种特定的传输线特性的数学模型。
首先,TLT涉及到分析整体电路特性,尤其是了解传输线阻抗和复数频率响应的表现。
传输线的阻抗取决于电流限制,因此,可以用它来确定一个传输线的最大功率。
此外,它也可以描述在特定频率下,传输线的特性是怎样的,也可以用这个技术来识别电路中的损耗和噪声。
其次,TLT提供了一种可以用数学模型来表征不同类型传输线的特性的方法。
通过用各种类型的装置,可以计算各个元件和电路参数,如电容或电感,可以进一步确定电路的性能。
TLT也可以用来模拟时变电路,以更准确地模拟传输线和系统的行为。
最后,TLT与其他领域的研究有着重大的关联性。
物理,光学和无线技术等领域,可以通过TLT来明确传输行为,以帮助提供更好的性能和更好的网络服务。
研究人员可以通过将机械和电气特性调整到要求的值,来改善系统的性能。
总而言之,TLT是一个非常有用的工具,可以在设计电路时,
帮助我们分析电路特性,并保证传输可靠性与质量。
它不仅可以帮助我们研究和开发出质量良好的电路,还可以用来表征传输线的性能,以帮助改善系统的性能,从而提供高质量的服务。
TLT的优点也可以用在更多其他领域,比如物理学,光学和无线电,从而实现更多的功能和更好的效果。
传输线理论传输线(transmission line):是以TEM导模的方式传送电磁波能量或信号的导行系统常用的传输线为双导体结构,包括平行双导线、同轴线、带状线和工作于准TEM导模的微带线等。
对传输线上电压和电流分布的分析需要采用传输线理论。
广义的传输线包括各种传输TE,TM模或混合模的波导,其中电磁场沿传播方向的分布规律与传输线上电压和电流的情况相似,可用等效传输线的观点进行分析。
电路理论和传输线理论之间的关键差别是电尺寸。
电路分析假设一个网络的实际尺寸远小于工作电磁波波长,而在微波段工作的传输线的尺寸通常为工作微波波长的几分之一或几个波长,传输线是一个分布参数网络,在整个长度内电压和电流的幅值和相位都可能发生变化。
传输线分布参数:由电磁场理论可知:传输线的两导体存在有耗电阻,传输线两导体单位长度的电阻用R表1示。
传输线的两导体之间之间媒质的介电常数通常有虚部,两导体之间存在漏电导,传输线单位长度的漏电导用G表示。
1传输线本身存在自感,传输线单位长度的电感用L表示。
1传输线的两导体之间存在电容,传输线单位长度的电容用C表示。
1一些常见传输线的分布参数同轴线、双导线和平行板传输线的分布参数注:媒质的复介电常数εεε''-'=i ,ss R σδσωμ1221=⎪⎭⎫⎝⎛=为导体的表面电阻。
取一小段线元z ∆(λ<<∆z ),如图其等效电路为:实际的传输线为个等效网络的级联。
由基尔霍夫电压定理可得:)1(),(),(),(),(11a tt z i zL t z zi R t z z v t z v ∂∂∆+∆=∆+-由基尔霍夫电流定理可得:)1(),(),(),(),(11b tt z z v zC t z z zv G t z z i t z i ∂∆+∂∆+∆+∆=∆+-在(1a ),(1b)两边除以z ∆,并取0→∆z 的极限,可得以下微分方程。
)2(),(),(),(11a t t z i L t z i R z t z v ∂∂+=∂∂-)2(),(),(),(11b t t z v C t z v G z t z i ∂∂+=∂∂-时谐均匀传输线:])(Re[),(])(Re[),(ti t i e z I t z i e z V t z v ωω== (3)把(3)式代入(2)式可得:)()()()(111z I Z z I L i R dz z dV -=+-=ω (4a ))()()()(111z V Y z V C i G dzz dI -=+-=ω (4b ) 电压、电流的通解:把(4a)对z 微商一次,把(4b)代入可得:0)()(1122=-z V Y Z dz z V d (5)zR ∆1zL ∆1zG ∆1z∆1令:))((111111C i G L i R Y Z ωωγ++==(5)式可化简为:0)()(222=-z V dzz V d γ (5)式的通解为:z z e A e A z V γγ21)(+=- (6a ) 把(6a )代入(4a )可得:)(1)()(1)(21011z z e A e A Z dz z dV L i R z I γγω+=+-=- (6b)其中:11110C i G L i R Z ωω++=电压电流的定解:(6a),(6b)中的常数21,A A 可由传输线的端接条件确定。
传输线理论
传输线理论是一个独特而有用的工程学方法,它可以用来分析和设计电磁元件系统,从电网传输线到微波电路到现代超导传输线。
它被广泛应用于电磁元件的设计,如回路,滤波器,复用器,噪声抑制器和天线。
传输线理论提供了一个解释电网传输线和微波通信线路行为的模型,特别是其中的损耗和延迟。
传输线理论是基于电磁学和电磁元件的。
它可以看作是一种电磁学理论,它描述了电磁场的传播行为,以及电磁场如何与电磁元件互相作用。
它也是一种电子学理论,它用来研究电路设计中的一系列概念,如电感,电容和电抗。
传输线理论的基本思想是,电子元件的输入端和输出端之间存在一种特殊的电磁连接,称为传输线。
传输线有一个电阻,一个电感和一个电容,它们与元件互联,可以影响电路的性能。
传输线理论主要是研究这种电磁连接,建立一种特定的传输线模型,从而可以预测电路的行为。
传输线理论主要用来解决三类问题:电路中信号的传播速度,电路损耗的大小,以及电路的阻抗特性。
它的实用性可以在于设计的滤波器,复用器,噪声抑制器,网络和天线等电磁元件中得到体现。
传输线理论的计算模型可以用来预测电路的行为,设计的电路可以根据模型的结果进行调整。
在现代电路和电子系统的设计中,传输线理论是十分重要的。
它帮助设计者有效地把握电路和电子系统的性能,提高设计效率,
缩短项目周期,为后续开发提供坚实的基础。
总之,传输线理论是一种用于分析电磁元件的有效方法,它针对电磁场的传播行为,电路损耗和电路阻抗特性,提出一系列模型方法。
它广泛应用于电路设计和电子系统设计中,可以极大地提高设计质量和开发效率。
传输线理论传输线理论是电磁场理论的一个分支,是电磁能量从一点被传输到另一点的过程中发挥作用的重要理论基础。
在微波技术应用日益普及的今天,传输线理论的重要性也是不言而喻的。
本文重点介绍传输线理论的基本概念、分类以及应用,并且结合实例进行论述,分析传输线理论在实际应用中的重要性。
传输线理论的基本概念传输线理论主要研究的是介质中的电磁辐射,即电磁能量在电磁介质中传播和分布的过程。
它主要包括电磁辐射在几何形式上的观察,以及电磁能量在传输过程中的放射衰减和折射等问题。
传输线理论最常见的应用就是传输线模型,这是由于它可以有效地模拟在真实环境中电磁能量传播的过程。
传输线模型是建立在电磁介质的假定和电磁场的理论基础上的,它们可以计算和预测电磁场在真实环境中的变化。
传输线理论的分类传输线理论可以根据其应用的电磁传播介质以及传导介质的性质来分类。
根据介质的性质,可以分为空气传输线理论、水平传输线理论和垂直传输线理论。
空气传输线理论是指在空气中传输电磁能量的理论,这种方法通常用于汽车、开关、网络线等相关系统。
水平传输线理论是指在水平或者正交介质中传输电磁能量的理论,这种方法比较常用于平面波传播系统。
垂直传输线理论是指在垂直介质中传输电磁能量的理论,这种方法一般用于地下电缆传输系统。
传输线理论的应用传输线理论在高频、微波技术中有着重要的应用。
它可以预测和控制电磁辐射在传播过程中的折射率,从而控制电磁辐射的传播范围。
此外,传输线理论还能够模拟各种电磁介质系统,从而更好地预测电磁辐射的分布和传播过程。
例如,传输线理论可以用于推算微波炉或者无线网络的辐射强度,以评估辐射的安全性。
传输线理论也可以用来表示和模拟对电磁环境的影响,帮助制定和实施保护措施。
结论传输线理论是电磁场理论的一个分支,是电磁能量从一点被传输到另一点的过程中发挥作用的重要理论基础。
传输线理论可以根据传输介质特性分类,应用在高频、微波技术等领域,可以预测和控制电磁辐射在传播过程中的折射率,解决实际工程中的电磁相关问题,并且更好地实现电磁介质系统的传输。
第一章传输线理论1-1.什么叫传输线?何谓长线和短线?一般来讲,凡是能够导引电磁波沿一定方向传输的导体、介质或由它们共同体组成的导波系统,均可成为传输线;长线是指传输线的几何长度l远大于所传输的电磁波的波长或与λ可相比拟,反之为短线。
(界限可认为是l/λ>=0.05)1-2.从传输线传输波形来分类,传输线可分为哪几类?从损耗特性方面考虑,又可以分为哪几类?按传输波形分类:(1)TEM(横电磁)波传输线例如双导线、同轴线、带状线、微带线;共同特征:双导体传输系统;(2)TE(横电)波和TM(横磁)波传输线例如矩形金属波导、圆形金属波导;共同特点:单导体传输系统;(3)表面波传输线例如介质波导、介质镜像线;共同特征:传输波形属于混合波形(TE波和TM 波的叠加)按损耗特性分类:(1)分米波或米波传输线(双导线、同轴线)(2)厘米波或分米波传输线(空心金属波导管、带状线、微带线)(3)毫米波或亚毫米波传输线(空心金属波导管、介质波导、介质镜像线、微带线)(4)光频波段传输线(介质光波导、光纤)1-3.什么是传输线的特性阻抗,它和哪些因素有关?阻抗匹配的物理实质是什么?传输线的特性阻抗是传输线处于行波传输状态时,同一点的电压电流比。
其数值只和传输线的结构,材料和电磁波频率有关。
阻抗匹配时终端负载吸收全部入射功率,而不产生反射波。
1-4.理想均匀无耗传输线的工作状态有哪些?他们各自的特点是什么?在什么情况的终端负载下得到这些工作状态?(1)行波状态:0Z Z L =,负载阻抗等于特性阻抗(即阻抗匹配)或者传输线无限长。
终端负载吸收全部的入射功率而不产生反射波。
在传输线上波的传播过程中,只存在相位的变化而没有幅度的变化。
(2)驻波状态:终端开路,或短路,或终端接纯抗性负载。
电压,电流在时间,空间分布上相差π/2,传输线上无能量传输,只是发生能量交换。
传输线传输的入射波在终端产生全反射,负载不吸收能量,传输线沿线各点传输功率为0.此时线上的入射波与反射波相叠加,形成驻波状态。
传输线理论
传输线理论是电磁学的重要研究主题,它涉及到信号的记录、传输和处理等方面的应用。
传输线理论的起源可以追溯到上个世纪初期,当时美国波斯顿大学的研究团队开展了关于信号传播的研究,构建了传输线理论的基础。
传输线理论的基本概念是,信号经过一条传输线时由于传输性质的变化而发生改变。
传输线指在两个点之间连接的电磁媒体,可以是绝缘体或传导体。
这种改变可以由一系列数学方程来描述,称为传输线方程。
传输线方程可用来计算信号在一条传输线上的传播特性,从而更好地设计传输系统。
传输线理论由多个方面构成,通常包括电路理论、集成电路和微波技术,主要关注信号传播以及其所形成的定向电场和磁场,以及在磁场中反射和衍射变化的特性。
传输线理论有许多应用,有些应用是被用来辅助卫星信号传输和雷达信号传输,广泛应用于电信和电视行业,它们用于信号传输和接收设备的设计。
此外,传输线理论也被应用于生物医学,可以用来研究脑信号传播的传输特性。
传输线理论在电子产品的设计中起着重要作用,它考虑了许多因素,包括电子元件的损耗、环境的干扰和信号的路径延迟等,这些都可能影响信号的传播特性。
传输线理论提供了一系列方法来降低这些影响,例如使用外加电容和电抗器来减少电抗器的损耗,从而提高信号传输的效率。
传输线理论在不断发展和发展,在现代电子产品中得到了应用。
它不仅可以促进传输和接收信号的质量,还可以缩短传输时间,并提供更高的传输速率。
随着技术的发展,各种传输线理论的应用也会越来越广泛,未来的发展将取决于人们对传输线理论的深入研究。
传输线理论传输线理论是电子学中最重要的一门理论,它涉及到电力线路、电磁场、波导和微波。
传输线理论可以用来解释电磁场在不同形状和结构的电磁媒体中的传播原理,以及在电磁介质中的电场与磁场的相互作用过程。
它的原理也可以用于设计和分析电子系统,如微波系统、天线、电缆、屏蔽系统等。
传输线理论的基础是电磁场理论,它涉及到电磁场在多维空间中的变化。
电磁场在空间中的变化依赖于物体本身的形状、质量、位置、温度等因素,传输线理论是一门研究电磁场在空间中变化规律的理论。
传输线理论可以被用于研究和分析电子系统中电磁场的传播过程,它可以计算出不同形状和结构的媒体的电磁场的变化情况,以及电磁场从一个媒介传输到另一个媒介时的传输参数,进而根据传输参数设计和分析电子系统。
传输线理论可用来研究和设计电子系统中的天线,电缆和屏蔽系统。
天线是一种能够有效传输电磁波的装置,它能将电磁信号转换为电磁波的发射和接收。
电缆是传输电力的装置,它包含许多导体,这些导体可以将电流传输到目标地。
屏蔽系统可以使外部的电磁波不能进入电子系统的内部,从而保护电子系统的稳定性和安全性。
传输线理论也可用于研究微波系统。
微波系统是一种利用微波射线发射、接收信号的系统,它可以用来传输信息,也可以用来进行计算机、视频和图像处理。
微波系统中的组件可以通过电磁场传输信号,传输线理论可以用来分析微波系统中电磁场的传播过程,从而提高微波系统的效率和性能。
传输线理论是电子学中重要的一门理论,它可以用来研究和分析电子系统中的电磁场的传播过程,以及电磁场从一个媒介传输到另一个媒介时的传输参数。
它也可以用于研究和设计电子系统中的天线、电缆、屏蔽系统等,以及微波系统中的电磁传播过程。
传输线理论由于其在电子系统中的重要应用,被广泛应用于电子系统的设计和分析中,值得深入研究。
传输线理论传输线理论是电气工程领域重要且有效的工具,它可以用来分析、设计和模拟传输线。
它极大地提高了电气工程从理论到实践的过程,在提高电气系统性能、质量和可靠性方面发挥了重要作用。
传输线的概念最早发源于科学家在研究电磁波传播方面的研究,其早期发现就是利用一种叫做电线的线路进行传播。
当时人们把电线想像成一条管道,因此又被称为“管道理论”。
由于管道理论的重要性,慢慢地,它被用来模拟设计电气系统中的电磁波传播,并迅速发展成为传输线理论。
传输线理论的基本原理是电流在无限长的电线上的传播行为,经过研究发现,电流在电线上的传播取决于电线的长度、直径和材质等外部参数,以及电流的频率等内部参数。
通过对电线的物理特性进行深入研究,可以得出一组表达传播参数的公式,这些公式被称为传输线理论。
传输线理论一般包括电线中的以及周围介质中的参数分析。
在电线中,最重要的参数是电阻、电抗、电容和感应系数,它们可以描述电流在电线中的传播行为。
对电线外围环境的介质分析则包括计算电线的磁场和电动势,并研究它们之间的相互作用。
除此之外,传输线理论还可以用来研究电流在金属线缆、母线及其他电气系统中的传播行为,进而提供有效的设计和分析工具。
传输线理论在实践中的应用广泛,其中最常见的就是用于设计低频(低于50kHz)电气系统中的电线。
低频电气系统包括电源线、数据线、输出线、设备线等,它们主要用于传输电流,而不是信号。
因此,传输线理论在这些系统的设计中发挥着重要的作用。
此外,传输线理论也可以用于电力系统的研究和分析,以及高频系统(如电视、卫星和无线通信系统)的设计与分析。
传输线理论同样适用于电机驱动系统中的各种电缆,它可以精确地计算出电机驱动系统中电流的传播行为,进而更好地控制电机的性能和可靠性。
基于传输线理论,可以精确地模拟电磁波传播,从而对电气系统的性能、质量和可靠性进行更有效的管理和控制。
此外,有了传输线理论,电气工程师可以更快地完成电气系统的理论到实践的转变,从而提高电气系统的效率。
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 )。
因此,一般无耗传输线的传输系数γ及特性阻抗Z O 分别为:LC j j ωβγ== , C LZ O =此时传输系数为纯虚数。
大多数的射频传输线损耗都很小;亦即R <<ωL 且G <<ωC 。
所以R 、G 可以忽略不计,此时传输线的传输系数可写成下列公式:βαωγj C G L R LC LC j +=⎪⎭⎫⎝⎛++≈2 (1-5)式(1-5)中与在无耗传输线中是一样的,而α定义为传输线的衰减常数(Attenuation Constant ),其公式分别为:LC j ωβ=, )(212o o GZ RY C G L R LC +=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=α 其中Y 0定义为传输线的特性导纳(Characteristic Adimttance), 其公式为:LC Z Y O O ==1(二)负载传输线(Terminated Transmission Line )(A )无损耗负载传输线(Terminated Lossless Line )考虑一段特性阻抗为Zo 的传输线,一端接信号源,另一端则接上负载,如图1-2所示。
并假设此传输线无耗,且其传输系数 γ=j β,则传输线上电压及电流方程式可以用下列二式表示:zze V eV z V ββ--++=)( ,z z e I e I z I ββ--+-=)((1)若考虑在负载端(z=0)上,则其电压及电流为: -++==V VV V L (1-6)-+-==I II I L (1-7)而且--++==V I Z V IZ o o ,,式(1-7)可改写成:)(1-+-=V V Z I oL (1-8)合并式(1-6)及(1-8)可得负载阻抗(Load Impedance ):)(-+-+-+==VV V V Z I V Z o L L L 定义归一化阻抗(Normalized Load Impedance ):LLo L L L Z Z Z z Γ-Γ+===11 当Z L = Z O 时,则ΓL = 0时,此状况称为传输线与负载匹配(Matched )。
(2)若考虑在距离负载端L (z=-L )处,即传输线长度为L 。
则其反射系数 Γ(L) 应改成:L j L Lj L j L j e e VV e V e V L ββββ22)(--+-+--⋅Γ===Γ而其输入阻抗则可定义为:z z e I e I z I ββ--+-=)(zz e V e V z V ββ--++=)(zz = -Lz = z I LV + + V -V L图1-2 接上负载的传输线电路)tan()tan(L jZ Z L jZ Z Z Z L o o L o in ββ++=由上式可知:(a ) 当L →∞时, Z in →Z o .(b )当L =λ/2时, Z in =Z L.(c ) 当L=λ/4时,Z in =Z o 2/Z L. (B )有耗负载传输线(Terminated Lossy Line )若是考虑一条有耗的传输线,则其传输系数 γ=α+j β为一复数。
所以,反射系数 Γ(L )应改成:L j L L e L βα22)(--⋅Γ=Γ而其输入阻抗则改成为:)tanh()tanh(L jZ Z L jZ Z Z Z L o o L o in γγ++=(三)微带线理论(Microstrip Line )实际使用的传输线有许多种类,常见的有同轴线、微带线、条线、平面波导、波导等,而其中又以微带线最常见于射频电路设计上。
所以,本单元便以介绍微带线为主。
微带线的结构如图1-8所示,而其相关设计参数如下所列。
图1-8微带线的结构(1)基板参数(Substrate Parameters ) 基板介电常数——(Dielectric constant ),εr常见的基板有Teflon (εr =2.2),FR4(εr =4~5),Alumina (εr =10)损耗正切(Tangent dielectric loss ),tand δ基板高度 (Height ),h基板导线金属常见有铜(Copper)、金(Gold)、银(Silver)、锡(Sn)、铝(Al)。
基板导线厚度(Thickness),t(2)电特性参数:(Electrical parameters)特性阻抗Zo 、波长(角度)θ、使用主频率fo(3)微带线参数(Microstrip Parameters)宽度(width)W长度(Length)L单位长度衰减量(Unit-length Attenuation),A dB相关计算公式如下:(A)合成公式(Synthesis Formula)(已知传输线的电特性参数(Z O、θ),求出相对微带线的物理性参数W、L、A dB)(B)分析公式(Analysis Formula)(已知微带线的物理性参数,求出其相对传输线电特性参数Z O、θ)五、硬件测量:(模组编号:RF2KM1-1A)1.测量开路传输线(MOD-1A),短路传输线(MOD-1B),50Ω微带线(MOD-1C),适用频率均为50-500MHZ。
2.准备好实验用的器件和设备,以及相关软件。
3.测量步骤:⑴MOD-1A的S11测量:设定频段BAND-3;对模组P1端子做S11测量,并将测量结果记录在表(1-1)。
⑵MOD-1B的S11测量:设定频段BAND-3;对模组P2端子做S11测量,并将测量结果记录在表(1-2)。
⑶MOD-1C的S11测量:设定频段BAND-3;对模组P3端子做S11测量,并将测量结果记录在表(1-3)。
⑷MOD-1C的S21测量:设定频段BAND-3;对模组P3及P4端子做S21测量,并将测量结果记录于表(1-4)。
4、实验记录:表1-1,1-2,1-3,1-4的格式均为下面此表5.硬件测量的结果建议如下为合格MOD-1A S11 ≥-1dBMOD-1B S11 ≥-1dB (推荐)MOD-1C S11 ≤-15dBMOD-1C S21 ≥-0.5dB6.测试模组方框图:六、软件仿真1、进入微波软件MICROWA VE。
2、在原理图上设计好相应的电路,设置好P1,P2,P3,P4端口(如果需要的话),完成频率设置、尺寸规范、器件的加载、仿真图型等等的设置。
3、最后进行仿真,结果应接近实际测量所得到的仿真图形。
4、电路图(推荐以下)图1-9 单位长度传输线的等效电路七、实例分析:(一)计算负载为50Ω的无损耗传输线(Z O=75 ohm,θ=30O f O=900MHz)的特性。
(1)反射系数ΓL,回波损耗RL,电压驻波比VSWR(2)输入阻抗Z in ,输入反射系数Γin(3)基板为FR4的微条线宽度W 、长度L 及单位损耗量A dB 基板参数: 基板介电常数(Dielectric constant ),ε r = 4.5 切线损耗 (Tangent dielectric loss), tand δ = 0.015基板高度(Height ),h = 62mil 基板导线金属(Conduction Metal ),铜(Copper ) 基板导线厚度(Thickness ),t = 0.03mm解:(1) 反射系数2.075507550-=+-=+-=Γo L o L L Z Z Z Z反射损耗dB RL L 98.13)log(20-=Γ= 电压驻波比5.111=Γ-Γ+=LL V S W R(2) 输入阻抗Ω+=++=)2058()tan()tan(j jZ Z jZ Z Z Z L o o L oin θθ 输入反射系数odj j d in ee)60180(2.0-⋅=Γ=Γθ(3) 微带线参数W =1.38mm ,L =15.54mm ,A dB =0.0057dB/m八、mathcad 分析:除microwave 软件以外,mathcad 软件也同样能够实现仿真功能,并以图形或者数据的形式表示出来。
微带线主要内容(我们将给出来参考文件夹‘中文mcd ’里的‘微带线.mcd ’文件)为:1、综合结果:已知传输线电特性参数(Z0,θ,f0),求出相对微带线其物理性参数(W,L,AdB )2、分析结果:已知为带线的物理性参数(W,L ),求出其相对传输线电特性参数(Z0,θ),在mathcad 里面,θ是由φ表示的。
3、列的是分析式和合成式所依据的具体计算公式,mathcad 将依据这些公式,进行计算,并将结果在综合结果和分析结果上表示出来。
另外请参考文件夹中文mcd 的传输线文件。