传输线理论精2

1.4 传输线的传输功率、效率与损耗传输线传输功率效率与损耗传输功率本节要点传输效率 损耗 功率容量Decibels (dB)作为单位功率值常用分贝来表示，这需要选择一个功率单位作为参考，常用的参考单位有1mW 和1W 。

如果用1mW 作参考，分贝表示为：=)mW (lg 10)dBm (P P 如1mW=0dBm 10mW=10dBm 1W=30dBm 0.1mW=−10dBm如果1W 作参考，分贝表示为：如1W=0dBW10W=10dBW0.1W=−10dBW)W (lg 10)dB (P P =插入损耗1.5 阻抗匹配阻抗匹配具有三种不同的含义，分别是负载阻抗匹配、源阻抗匹配和共轭阻抗匹配。

抗匹配源阻抗匹配和共轭阻抗匹配本节内容三种匹配阻抗匹配的方法与实现1. 三种匹配(impedance matching)入射波射波反射波Z 0Z lZ (1)g负载阻抗匹配：负载阻抗等于传输线的特性阻抗。

此时传输线上只有从信源到负载的入射波，而无反射波。

(2)源阻抗匹配：电源的内阻等于传输线的特性阻抗。

()阻抗内阻等传输线特性阻抗对匹配源来说，它给传输线的入射功率是不随负载变化的，负载有反射时，反射回来的反射波被电源吸收。

E gZ gZ in=Z g* E g负载阻抗匹配Z l =Z 0 Z =Z 信号源阻抗匹配g 0 共轭阻抗匹配Z in =Z g *匹配器1匹配器2*g in ZZ =Z in =Z 02. 阻抗匹配的实现方法隔离器或阻抗匹配衰减器负载匹配的方法：从频率上划分有窄带匹配和宽带匹配；从实现手段上划分有λ/4阻抗变换器法、支节调配法。

(1) λ/4阻抗变换器匹配方法此处接λ/4阻抗变换器lR Z Z 001=Z Z =0in电容性负载Z 0若是l 1λ/401Z Z =电感性负载又如何？Z 0Z 0Z 01ρR x =Z 0/ρZ i n =Z 0(2) 支节调配法(stub tuning)(2)(i)支节调配器是由距离负载的某固定位置上的并联或串联终端短路或开路的传输线（称之为支节）构成的。

多导体传输线理论多导体传输线（MCXL）是电磁场理论的一个重要分支，学习它对熟悉电路分析和设计有重要意义。

多导体传输线理论的运用可以加速和改善电磁波的传播，以及实现低电磁兼容的复杂发射场的综合和分析。

多导体传输线是由一组金属导线组成的电磁复合系统，可用于传输各种波形和信号。

它们也是传输脉冲和持续信号的理想工具。

它们是高频激光传输和脉冲系统的关键部分，也可以用于低频信号的传输。

多导体传输线的一个最重要的性质是它能够有效地传输波形，从而实现信号的传输。

多导体传输线理论的运用有两个主要方面，一是对导线边界条件的分析，二是对导线模型的建立。

对导线边界条件的分析首先考虑边界层的构成细节，包括阻抗、电阻、电阻和电感势能。

然后深入考察对整个导线传输系统的影响，及其在波形传输方面的重要意义。

对导线模型的建立是实现多导体系统的传输和导电性能的基础，是分析多导体传输线的理论和实践的核心技术。

它包括识别各种导线参数，研究分析系统模型，估算多种传输参数，探究导线传输特性以及开展多导体系统的模拟和复杂性分析。

多导体传输线技术的研究发展，是从实体本质和导线技术的角度去深入研究的。

首先，要了解导线的本质，深入分析几何构成及其对传输系统的影响，以及复杂的电磁场结构的影响。

其次，要研究导线的色散特性、耦合孤立系统的非线性特性和发射特性，以及用于实现高分辨率传输的特殊传输信号处理技术。

最后，要了解导线复杂发射系统的理论基础，包括模拟传输、综合分析和电磁兼容分析等。

多导体传输线理论不仅涵盖传输系统中的技术主题，而且引入了新的数学方法和理论模型，可以有效地应用于各种新型传输系统中。

从实际应用角度，多导体传输线的研究对复杂的通信系统的系统设计和管理有重要的作用。

它们有助于提高传输系统的效能和稳定性，提高传输质量，实现必要的现场电磁兼容要求，实现高速波形传输和优化信号处理。

多导体传输线理论的深入研究，不仅是推动技术发展的重要推动力，也是当代科技发展的关键一环。

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

f C0 190.8 /(d D) r GHz
（16）
空气填充的精密同轴传输线的工作频率下限由导体的有限电导率决定。 用作同轴线导体的金属的有限电导率会引起一定的趋肤深度和一定的串联电阻，对于一干 燥的空气填充的同轴线，公式（1）可以写成：
Z0 '
上式中：
Ri jLi jLe jC
Z0
请注意,真空光速:
59.95860 0.00006
r
1
ln
D d
(5)
C0
0 0
真空导磁率 μo 被任意地规定为严格等于 4π×10-7 享/米。 根据精确地进行的实验我们知道 光速为 299793000±300 米/秒，因此，εo 并不严格等于 1/36π×10-9，根据公式计算，εo 应为 1/35.950336π×10-9。 公式（5）是同轴传输线特性阻抗的基本公式。计算机械公差对同轴传输线特阻抗的影响是 根据以上公式进行的。 当同轴传输线中填充有介质时，公式（5）分母中的 εr 是该介质的相对介电常数。几种经 常遇到的绝缘介质的介电常数介绍如下： 工业用聚乙烯，常用作电缆线的绝缘介质，在 200C 时，εr=2.24；在-400C～+400C 时，
2
(26)
因此,对于某一允许的阻抗误差,任一给定的同轴线都有一低频极限,若工作频率低于此极 限,则阻抗误差将会超过允许值。 三、精密同轴连接器的基本设计原则 下面叙述的三条基本设计原则。 不仅适用于精密同轴连接器的设计,而且也适用于所有精密 同轴标准和元件的设计。 1、 设计原则 1 在同轴线的每一长度单元上,尽可能地保持一致的特性阻抗。 在以往的许多同轴器件设计中,当遇到同轴内导体或外导体的阶梯,导体上的槽或内外导体 在连接处出现的间隙时,常采用一段特性阻抗高于或低于标准特性阻抗的同轴线段进行补偿,这 样的设计不能用在宽频带精密同轴器件上,同轴线中的槽、阶梯、 间隙和内外导体直径的变化都 会产生阻抗的不连续性,引起一定的反射波,利用引入某一些反射波来补偿另一此些反射波的方 法只能在较狭的频段内达到。目前许多同轴器件的频带越来越宽,低频端可达到直流，高频端可 为了达到这种最佳的宽频带性能,在整个同轴器件的每一 达到第一阶高次模,(TE11)的截止频率。 横截面上的特性阻抗应尽可能地保持等于标准特性阻抗。 2、 设计原则 2 对于每一不可避免的阻抗不连续性,采用各自的共平面补偿。 阻抗的不连续性不是总能避免的。例如。同轴线的绝缘子是不得不采用的,在放绝缘子处， 同轴线的内导体或外导体应要引入一定的阶梯，因而引起一定的阻抗不连续。在这种情况下, 为了达到最佳的性能,首先应使未补偿的不连续性达到最小,其次对于剩下的不连续性进行各自 的共平面补偿。 共平面补偿就是在原来出现不连续的地方引进补偿。 这可以得到最佳的宽频带性能,在一般 的实践中,对一集中的不连续性用改变一段较长同轴线段的特性阻抗来进行补偿,这样会限制频 带宽度,所以是应该避免的。 3、 设计原则 3 减小机械公差对电性能的影响。 在同轴器件中,导体尺寸的公差是不可避免的,但是经常由几个机械公差对一个导体的直径