第二章传输线理论习题讲解
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17第2章 微波传输线2.1什么是长线?如何区分长线和短线?举例说明。
答 长线是指几何长度大于或接近于相波长的传输线。
工程上常将1.0>l 的传输线视为长线,将1.0<l 的传输线视为短线。
例如,以几何长度为1m 的平行双线为例,当传输50Hz 的交流电时是短线,当传输300MHz 的微波时是长线。
2.2传输线的分布参数有哪些?分布参数分别与哪些因素有关?当无耗传输线的长度或工作频率改变时分布参数是否变化?答 长线的分布参数一般有四个:分布电阻R 1、分布电感L 1、分布电容C 1、分布电导G 1。
分布电容C 1(F/m )决定于导线截面尺寸,线间距及介质的介电常数。
分布电感L 1(H/m )决定于导线截面尺寸,线间距及介质的磁导率。
分布电阻R 1(Ω/m )决定于导线材料及导线的截面尺寸。
分布电导G 1(S/m ) 决定于导线周围介质材料的损耗。
当无耗传输线(R 1= 0,G 1= 0)的长度或工作频率改变时,分布参数不变。
2.3传输线电路如图所示。
问:图(a )中ab 间的阻抗0=ab Z 对吗?图(b )中问ab 间的阻抗∞=ab Z 对吗?为什么?答 都不对。
因为由于分布参数效应,传输线上的电压、电流随空间位置变化,使图(a )中ab 间的电压不一定为零,故ab 间的阻抗ab Z 不一定为零;使图(b )中a 点、b 点处的电流不一定为零,故ab 间的阻抗ab Z 不一定为无穷大。
2.4平行双线的直径为2mm ,间距为10cm ,周围介质为空气,求它的分布电感和分布电容。
解 由表2-1-1,L 1=1.84×10-6(H/m ),C 1=6.03×10-12(F/m )2.5写出长线方程的的解的几种基本形式。
长线方程的解的物理意义是什么? 答(1)复数形式18 ()()()z L L z L L I Z U I Z U z U ββj 0j 0e 21e 21--++= ()()()z L L z L L I Z U Z I Z U Z z I ββj 00j 00e 21e 21---+=(2)三角函数形式()z Z I z U z U L L ββsin j cos 0+=()z I z Z U z I L Lββcos sin j+= (3)瞬时形式()()A z t A t z u ϕβω++=cos , ()B z t B ϕβω+-+cos ()()A z t Z A t z i ϕβω++=cos ,0()B z t Z B ϕβω+--cos 0其中,()L L I Z U A 021+=,()L L I Z U B 021-= 物理意义:传输线上的电压、电流以波动的形式存在,合成波等于入射波与反射波的叠加。
典型均匀传输线理论习题解答注:其中公式是用公式编辑器编辑的,需要装mathtype ,以保证正常显示公式。
表9–1 传输线的等效元件参数注:表中所列没有计入导体的内自感。
diel σ、cond σ分别表示介质和导体的损耗,δ是趋肤深度。
1. 有一铜制同轴线,内导体半径a=0.8cm ,外导体的内半径b=2 cm ,铜导体的电导率σc =5.8×107S/m 。
内外导体之间所填充的介质参数为ε=2.5ε0, σ=10-8S/m ,工作频率f=2GHz 。
1) 由表2-1计算同轴线的分布参数R 、L 、C 和G ; 2) 计算ωL 和ωC ,并分别与R 和G 比较。
【解】比较:Z L 大大于R Y C 大大于G 故R 和G 均可忽略。
Y C 1.905=Z L 2.303103⨯=Y C ωC ⋅:=Z L ωL ⋅:=2)G 6.857108-⨯=C 1.5161010-⨯=L 1.833107-⨯=R 0.325=1)G 2πσd ln b a ⎛⎝⎫⎪⎭:=C 2πεln b a ⎛ ⎝⎫⎪⎭:=L μ02πln b a ⎛ ⎝⎫⎪⎭⋅:=R f μ0⋅4π⋅σc ⋅1a 1b +⎛ ⎝⎫⎪⎭⋅:=ω2πf:=f 2109⨯:=ε 2.211011-⨯=ε 2.5ε0⋅:=σd 108-:=σc 5.8107⨯:=b 2102-⨯:=a 8103-⨯:=η0376.991=η0μ0ε0:=v 3108⨯=v 1ε0μ0⋅:=μ04π⋅107-:=ε0136π⋅109-:=π 3.142=)()2112ln 42ln ln diel f b R L C G a b a b a b a πσμμπεπσπ⎛⎫⎛⎫=+===⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭【解】2. 常用无耗平行双导线的特性阻抗为600,400,300ΩΩΩ,试分别计算其间距与线直径的比值/D d 。
【解】教材p16页给出的平行双导线的特性阻抗的近似公式是02Z D d故:12D e d ⎝⎭=Z0=[600,400,300] epsilonr=[1,1,1]rDd=0.5.*exp(Z0.*sqrt(epsilonr)./120)结果:D d =74.21, 14.02, 6.091线越细,电阻越大。