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传输线理论微波EDA网课件

传输线理论微波EDA网课件
利用传输线理论，可以对微波EDA网的阻抗进行精确匹配 ，确保信号在传输过程中的能量损失最小化。
信号完整性分析
传输线理论可以对微波EDA网中的信号完整性进行深入分 析，预测信号在传输过程中的变化，为优化设计提供根据 。
电磁兼容性设计
基于传输线理论的电磁兼容性设计，可以有效抑波EDA网的性能评估与优化
总结词
性能评估与优化
详细描述
微波EDA网的设计完成后，需要进行性能评估，以确保其满足设计要求。性能评估包括功能测试、时 序分析、功耗分析等。如果发现性能问题，需要进行优化，以提高微波EDA网的性能。优化的方法包 括算法优化、电路优化、布局布线优化等。
05
CHAPTER
传输线的分类
根据传输线结构和工作频率，可 以分为同轴线、双绞线、平行线 等。
传输线的基本参数
特性阻抗
传输线对信号的阻碍作用，与传输线的电导和电 感有关。
传播常数
描述信号在传输线上传播时的幅度和相位变化的 参数。
传输线损耗
信号在传输过程中由于电导、电感和辐射等引起 的能量损失。
传输线的应用场景
01
雷达领域
微波EDA技术用于雷达信号处 理、目标检测和跟踪等方面。
电子对抗领域
微波EDA技术用于电子对抗系 统中的信号干扰、侦查和辨认 等方面。
集成电路领域
微波EDA技术用于集成电路设 计中的布局布线、电磁场仿真
等方面。
03
CHAPTER
传输线理论在微波EDA网中 的应用
传输线理论在微波EDA网中的重要性
传输线理论是微波EDA网设计的基础
传输线理论为微波EDA网设计提供了基本的理论框架，是实现高效、稳定微波信 号传输的关键。

《传输线理论》课件

《传输线理论》课件

阻抗特性
传输线的阻抗决定信号的 匹配和功率传递效率，常 见的阻抗包括50欧姆和75 欧姆。
传输线上的信号传输
传输线上的信号反射和干扰是常见问题，可通过消除信号反射和合理终止传输线来解决。 消除信号反射的方法包括使用终端电阻、滤波器和匹配网络。
传输线的调谐
传输线的等效电路 模型
传输线可用电路模型表示， 包括传输线的电感、电容和 电阻。
传输线用于计算机网络中的局 域网和广域网等数据传输。
总结
1 传输线理论的重要性
传输线理论为电磁信号传输提供了基础理论和实践指导。
2 相关应用领域
传输线广泛应用于通信、雷达、计算机网络等领域。
3 发展趋势及未来展望
随着技术的发展，传输线将继续演进，以满足不断增长的通信需求。
什么是传输线
传输线是传输电磁信号的导体或介质，通常由金属导线、光纤或空气等构成。 传输线可分为平行线、同轴电缆、光纤等多种类型。
传输线的特性
衰减特性
传输线上信号强度随距离 递减，衰减特性决定信号 传输的距离和质量。
相位特性
传输线上的信号会因电磁 波传播速度不同而引起相 位变化，影响信号的时间 同步。
《传输线理论》PPT课件
# 传输线理论 什么是传输线？传输线的定义和分类。 传输线的特性，包括衰减特性、相位特性和阻抗特性。 如何在传输线上进行信号传输？反射与干扰，消除信号反射，传输线的终止方式。 传输线的调谐，包括等效电路模型、调谐方法和在通信系统中的应用。 传输线在通信系统、雷达系统和计算机网络中的应用。 总结传输线理论的重要性，相关应用领域，发展趋势及未来展望。
传输线的调谐方法
通过调节传输线的电性能参 数来实现传输线的谐振和优 化信号传输。

传输线理论ppt课件

传输线理论ppt课件

i(z,t) z
Gl v(z,t) Cl
v(z,t) t
15
2）时谐均匀传输线方程
精选ppt课件
a）时谐传输线方程 电压和电流随时间作正弦变化或时谐变化，则 电压电流的瞬时值可用复数来表示：
v (z,t) V 0c o s(t v(z)) R eV 0 ejtejv(z) R eV (z)ejt i(z,t) I0c o s(t I(z)) R eI0 ejtejI(z) R eI(z)ejt
如传输线上无损耗，则为无耗传输线。即R=0, G=0。
有耗线
无耗线
11
精选ppt课件
对于铜材料的同轴线（0.8cm—2cm），其所填充介质为
r 2 .5 ,
则其各分布参数为：
1 8 0 S/m
Rl 0.32 10 2 / m Ll 1.83 10 7 H / m C l 0.15 10 9 F / m G l 6.8 10 8 S / m
第二章 传输线理论
精选ppt课件
§2.1 传输线方程 §2.2 传输线上的基本传输特性 §2.3 无耗线工作状态分析 §2.4 有耗线 §2.5 史密斯圆图 §2.6 阻抗匹配
1
§2.1 传输线方程
精选ppt课件
传输线 传输高频或微波能量的装置
(Transmission line)
天线
源
传输线
源
终端
2Z0
2Z0
23
精选ppt课件
令d = l - z，d为由终点算起的坐标，则线上任一点上有
V(d) VL Z0IL ed VL Z0IL ed
2
2
I(d) VL Z0IL ed VL Z0IL ed
2Z0

微波工程 第2章 传输线理论-1 PPT课件

微波工程 第2章 传输线理论-1 PPT课件

移项，取Δz→0时极限
Microwave Technique
电报方程（传输线方程）
传输线方程（电报方程）
v ( z , t ) i ( z , t ) Ri ( z , t ) L z t 时域形式 i ( z , t ) v ( z , t ) Gv( z , t ) C z t
Microwave Technique
特性阻抗
根据式(2.3a)和(2.6a)可得线上电流：
I( z )

R
V jL

0
e z V0 e z
R jL G jC

(2.7)
定义特性阻抗
Z0
R jL

与传输线上电压、 电流的关系
V0 V0 Z0 I0 I0
量或信号的导行系统。
特点：横向尺寸<< 工作波长λ。 结构:平行双导线 同轴线 带状线 微带线（准TEM模） 广义传输线：各种传输TE模TM模或其混合模的波导都可以认为
是广义传输线。
Microwave Technique
Microwave Technique
常用的传输线
同轴线：由同轴的管状外导体和柱状内导体构成。
Z0
R j L G j C

Microwave Technique
电报方程解的讨论
2、低频大损耗情况（工频传输线）
j
R jLG jC
RG ,
R 0, Z 0 G
L R, C G
传输线上不呈现波动过程，只带来一定衰减，衰减 α为常数。
§ 2 传输线理论
传输线的集总元件电路模型

第八章传输线理论ppt课件

第八章传输线理论ppt课件

(z) (z)
,
i (z)
Ir (z) Ii (z)
(z)
通常将电压反射系数简称为反射系数，
并记做Γ（z）。反射系数越大，传输线
上“波”的起伏越大。
36
第三章
( z) U r ( z) Z L Zc e j2 Ui(z) ZL Zc
(0) L
L
ZL Zc ZL Zc
L e jL
37
第三章
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：
4
第三章
线上电流 I产生磁通Φ，Φ/I＝L，可见线上 存在电感效应；两导线间存在V，由于C＝ Q/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。
5
第三章
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Δz ( Δz«λ),则每一个小线元可看成 集总参数电路，其上有：
电阻 R Δz、电感L Δz、
电容C Δz 、漏电导G Δz。
L z R z
C
z
G z
z
6
第三章
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
Zin
U(z) I (z)
UL cosz jILzc sin z IL cosz jUL zc sin z
分子分母同时除以 I L和cosz ，得
33

电磁场课件第二章传输线的基本理论

电磁场课件第二章传输线的基本理论

1正弦时变条件下传输线方程
令信源角频率已知 ，线上的电压、电流皆为正弦时变规律（或称为谐变），这样具有普遍性意义。
2 方程的通解
典型波动方程的解 传播常数和波阻抗
3 已知信源端电压和电流时的解
求待定系数
边界条件
解的具体形式
用到的数学公式
4 已知负载端电压和电流时的解
边界条件 求待定系数
信号各频率成分的幅值传输过程中无变化（衰减常数）。
均匀无损耗传输线无频率失真，即为无色散系统。
一般情况，衰减常数及相移常数与频率关系复杂，是色散系统。
均匀无损耗传输特性
行波，没有反射波
驻波，反射波和入射波振幅相同
混合波
相向两列行波叠加结果
3 传输线上任一位置处的输入阻抗
传输线上任一位置处的输入阻抗定义为该点电压和电流的比值。
传输线是用以传输电磁波信息和能量的各种形式的传输系统的总称。
微波传输线是用以传输微波信息和能量的各种形式的传输系统的总称，它的作用是引导电磁波沿一定方向传输, 因此又称为导波系统, 其所导引的电磁波被称为导行波。
一、传输线的概念
1
一般将截面尺寸、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。
考察点位置，实际上和传输线长度有关，
在线电磁波的频率，
外接负载阻抗的阻抗，
传输线的波阻抗（特征阻抗）。
输入阻抗决定因素
输入阻抗和传输线相对长度关系
四分之一波长线：阻抗变换性 二分之一波长线：阻抗不变性 是无损耗传输线的一个重要特性
例2–1 均匀无损耗传输线的波阻抗75Ω，终端接50Ω纯阻负载，求距负载端0.25λ、0.5λ位置处的输入阻抗。若信源频率分别为50MHz、100MHz，求计算输入阻抗点的具体位置。

传输线理论详解ppt课件

➢ 对于纵向问题，都是沿轴线方向把电磁波的能量 从一处传向另一处。因此，尽管传输线类型不同 ，但都可以用相同的物理量来加以描述。即可以 用一个等效的简单传输线(如双导线或同轴线)来描 述。
.
4传输线理论的内容
➢ 简单传输线的纵向问题，
可以用场的方法来分析：根据边界和初始条件求 电磁场波动方程的解，得出电磁场随时间和空间 的变化规律；
A1ez
A2ez
特性阻抗
Z0
R jL G jC
u(z,t)A 1ezco tszA 2ezco tsz
i(z,t)Z A 1 0e zc
o tszA 2e zc
Z0
o tsz
解的物理含义： 传输线上电流、电压以波的形式传播； 存在朝相反方向传播的波
.
28
第一部分 U(z,t),I(z,t)
计及 JE
I JS Er02
同时考虑Ohm定律
V Edl
R0V IE E d rl02lr025.81071(2103)2
1.37103/m
代入铜材料 5.8107
.
微波传输线 当频率升高出现的第一个问题是导体的集肤效应 (Skin Effect)。导体的电流、电荷和场都集中在导体 表面
型的组合和发展。
.
2 对传输线的基本要求
➢ 工作频带宽(或满足一定的要求)；功率容量大(或满 足一定的要求)；工作稳定性好；损耗小；尺寸小和 成本低等。
➢ 实际应用中，从减少损耗和结构工艺上的可实现性 等方面来考虑：在米波或分米波中的低频段范围内 ，可采用双导线或同轴线；在厘米波范围内可采用 空心金属波导管以及带状线和微带线等；在毫米波 范围可采用空心金属波导管、介质波导、介质镜像 线和微带线；在光频波段则采用光波导(光纤)。

均匀传输线理论课件

环境适应性
研究具有优良环境适应性（如耐高温、耐腐蚀）的传输线，提高传 输线的应用范围和可靠性。
THANKS
THANK YOU FOR YOUR WATCHING
要点一
微波传输线
研究适用于微波频段的传输线，提高信号传输速率和稳定 性。
要点二
高速数字传输线
研究高速数字信号的传输线，满足大数据和云计算的需求 。
未来传输线的发展趋势与挑战
集成化与微型化
随着电子设备向微型化发展，传输线也需要适应这一趋势，研究 微型化、高密度集成的新型传输线。
高效能与稳定性
提高传输线的导电效率和稳定性，以满足未来电子设备的高效能需 求。
均匀传输线的能量损耗
能量损耗的原因
能量损耗主要是由于传输线上的 电阻、电感和电容等分布参数引
起的。
功率损耗
功率损耗是指传输线上消耗的功率 ，它与传输线的长度、传输信号的 频率以及传输线的材料有关。
热损耗
热损耗是指由于能量损耗而产生的 热量，它会导致传输线温度升高， 影响传输性能。
均匀传输线的信号完整性
05
均匀传输线的应用实例
高速数字信号的传
总结词
高速数字信号的传输是均匀传输线理论的重 要应用之一，通过使用均匀传输线，可以确 保信号在高速传输过程中的稳定性和完整性 。
详细描述
在高速数字信号的传输过程中，由于信号的 频率较高，信号线上的电压和电流的瞬时值 会随着时间的变化而快速变化。为了确保信 号在传输过程中不失真，需要使用均匀传输 线理论来设计信号线的参数，如线宽、线厚 、线间距等，以减小信号在传输过程中的损 耗和反射，从而确保信号的稳定性和完整性
推导过程
基于电磁场理论和电路理论，通过分 析传输线的电场和磁场，推导出均匀 传输线方程。

均匀传输线理论.ppt



V0 V0
终端电压反射系数
V (z) V0 (e jz e jz )
I (z) V0 (e jz e jz ) Z
在终端z=0
V (z
I(z

0) 0)

ZL
1 1 Z ZL
ZL Z e j
ZL Z
ZL
0z
Z ZL
分布参数：分布电阻 分布电感 分布电容 分布电导



RL C

G
2. 电报方程----长线的电路微分方程 一对导线形成的简单的电路
单位长度的
电感 L1
电容 C1 电阻 R1
电导 G1
分布参数电路模型
dV I{( jL1 R1)dz}
dI (V dV ){( jC1 G1)dz}
' j"
"
0 0 e j
(z) 0e j2z
1
0

ZL ZL

Z Z
'
"

0
2z
0
'
等反射系数圆
等 圆
:0 1
:1
z0
(z

0)

0

0
e j

ZL ZL
1 1
(l) (z l)
0e j 2z
lm in

4



4
n

2
Vmin V0 (1 )
电压驻波比(VSWR) Vmax 1
Vmin 1
Z
ZL
l
z

《传输线理论》课件


电流反射系数
Γi (z)
=
Ir (z) Ii (z)
=
-
A2 A1
e- j2β z
=
-Γu (z)
终端反射系数
Γ2
A2 A1
A2 e jφ2 A1
Γ2 e jφ2
传输线上任一点反射系数 与终端反射系数的关系
Γ(z) = Γ2e- j2 β z = Γ2 e j(φ2-2 β z) = Γ2 e jφ
传输线理论
输入阻抗与反射系数间的关系
Z in
(z)
=
U (z) I (z)
=
Ui Ii
(z)[1+ Γ(z)] (z)[1- Γ(z)]
=
Z0
1+ Γ(z) 1- Γ(z)
负载阻抗与终端反射系数的关系
1+ Γ2 ZL = Z0 1- Γ2
上述两式又可写成
Γ(z)
=
Zin(z) - Z0 Zin(z) + Z0
Z0
由此可得行波状态下的分布规律：
(1) 线上电压和电流的振幅恒定不变 (2) 电压行波与电流行波同相，它们 的相位是位置z和时间t的函数 (3) 线上的输入阻抗处处相等，且均 等于特性阻抗
传输线理论
二、驻波状态(全反射情况)
当传输线终端短路、开路或接纯电抗负载时，终端的入射波将被全反射，沿线入
射波与反射波迭加形成驻波分布。驻波状态意味着入射波功率一点也没有被负载吸 阿收，即负载与传输线完全失配。
2
z
)
+
β
2U
(
z
)
=
0
d
2I (z)
dz2
+
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带回原式可得到沿线解：
电压电流的定解---- 1终端（续一）
VL I L Z 0 (l - z ) VL - I L Z 0 - (l - z ) V ( z) e e 2 2 VL I L Z 0 (l - z ) VL - I L Z 0 - (l - z ) I ( z) e e 2Z 0 2Z 0

传输线等效电路
对于每一个微小单元DZ<<l --> 集中参数 整体构成G型（或T型）网络
传输线方程推导
根据基尔霍夫定律有：
i ( z , t ) v( z+Dz )-v(z, t)=-R1Dzi( z, t ) - L1Dz t i(z+Dz )-i(z,t)=-G Dzv( z , t ) - C Dz v( z , t ) 1 1 t
传输线方程推导（续1）
将上式两面同除Dz并取limDz->0 即可得传输线方程:
v( z Dz ) - v( z ) v( z, t ) i lim R i L 1 1 D z 0 Dz z t lim i ( z Dz ) - i ( z ) i ( z , t ) -G v C v 1 1 D z 0 Dz z t

电压电流的定解---- 1终端条件（VL、IL）
将VL和IL（已知)代入（2.1－9）， 有：（z=l）
V (l ) VL A1e - l A2e l （通常情况） 1 - l l 可解得常数： I ( l ) I A e A e L 1 2 Z0 VL I L Z 0 vl VL - I L Z 0 - vl A1 e , A2 e 2 2
传输线理论----------一维分布参数理论
电磁场理论：精确---- 理论上可包含所有路 理论 电路理论： 简单---- 近似 传输线介于二者之间,是微波电路设计的基础， 在微波网络分析中也相当重要。 基本思路： 用电磁场理论解出等效分布电路参 量；采用电路理论来分析。 进行阻抗计算（匹配）可用史密斯圆图
限于边界条件，一般很难精确求解。 （近似假定+数值分析）
时谐均匀传输线方程
分布参数R、L、C和G不随位置变化
的均匀传输线稳态情况，此时：
v( z , t ) Re V ( z )e j t j t i ( z , t ) Re I z e
2.1 - 2
2.1 - 3
并联导纳
时谐均匀传输线方程（通解）
可用代入法得二阶微分方程：
V ''( z ) - Z1YV 1 ( z) 0 I ''( z ) - Z1Y1I ( z ) 0
V ( z ) A1e- z A2e z I ( z) V ( z) / Z0
传输线的电路模型
传输线(transmission line)lt;< 工作波长l。 结构: 平行双导线 同轴线 带状线 准TEM模的微带线 各种传输TE模、TM模或其混合模的波导都 可以认为是广义的传输线

基本概念
长线（long line）几何长度与工作波长l可比拟，需 用分布参数电路描述。 短线（short line）几何长度与工作波长l相比可以忽 略不计，可用集总参数分析 二者分界：l/l > 0.05 分布参数(distributed parameter) R、 L、C和G 分布在传输线上（随频率改变）。单 位长度上有：分布电阻、分布电感、分布电容和分 布电导。（均匀、非均匀） 表2.1-1 给出了电磁场的分布参数结果。
VL I L Z 0 d VL - I L Z 0 - d V (d ) e e VL ch( d ) I L Z 0 sh( d ) 2 2 VL I L Z 0 d VL - I L Z 0 - d VL I (d ) e e sh( d ) I L ch( d ) 2Z 0 2Z 0 Z0
当然也可以表示为相对终端距离的函数，令 l-z=d：
也可表为矩阵形式： V (d )
ch d sh d I (d ) Z0
Z 0 sh d V L ch d I L
电压电流的定解---- 2终端条件（V0、I0）

主要内容
传输线基本方程 传输下分布参数阻抗
无耗工作状态（特例）
有耗工作状态
史密斯圆图（工具）
阻抗匹配问题
传输线方程

1.
2.
为基本方程，是描述传输线： 电压、电流的变化规律及其相互关系的微 分方程。 可以从场的角度以某种TEM传输线导出， 也可以从路的角度，由分布参数得到的传 输线电路模型导出。 本章采用路理论分析，然后对时諧情况 求解，最后研究传输线的特性参数。
2.1 - 6
显见通解为：（A1A2为待定系数，由边界条件决定）
2.1 - 9
电压传播 常数 特性阻抗
其中 Z1Y1 ( R1 j L1 )(G1 j C1 ) Z 0 Z1 / Y1 ( R1 j L1 ) /(G1 j C1 )
电压电流的定解
终端条件（VL、IL） 始端条件（V0、I0） 信号源与负载条件（Eg、Zg、ZL）
代入2.1-1可得时谐均匀传输线方程：
时谐均匀传输线方程（续1）
串联驻抗
v( z , t ) - R1 j L1 i - Z1i ( z ) z i ( z , t ) - G1 j C1 v -Y1v ( z ) z
VLV

相同的方法可以解得：
0
V0 I 0 Z 0 z V0 - I 0 Z 0 - z V ( z) e e V0ch( z ) I 0 Z 0 sh( z ) 2 2 V0 I 0 Z 0 z V0 - I 0 Z 0 - z V0 I ( z) e e sh( z ) I 0 ch( z ) 2Z 0 2Z 0 Z0