《微波技术基础》第1章 传输线的基本理论.ppt

第一章 传输线的基本理论 §1.1 引言 传输线的定义与分类 传输线的定义：凡能引导电磁波沿一定方向传输的系统（如导体、介质或二者组合） 第一章 传输线的基本理论 §1.1 引言 传输线的定义与分类 传输线的分类：a）TEM波传输线（双导体系统）；b）TE和TM传输线（波导等单导体系统）；c）表面波传输线（介质波导系统） 第一章 传输线的基本理论 §1.1 引言 传输线理论的主要内容 横向问题：研究电磁场在传输线横截面内的分布，它与传输线的类型及形状等有关，属于边值问题的范畴 纵向问题：研究电磁波沿传输线轴向的传输与分布特性，它对各类传输线而言有许多共同之处。从本质上讲，它也属于边值问题，但可利用等效电路的方式进行分析（在边值问题导出等效分布参数的基础上） 第一章 传输线的基本理论 §1.1 引言 本章的主要内容和研究方法 主要内容：以双导线为例讨论“长线”的纵向问题，重点介绍均匀传输线 研究方法：等效电路法（简单、易懂、物理概念明确） 第一章 传输线的基本理论 §1.1 引言 本章的主要内容和研究方法 双导线和同轴线的分布参数 第一章 传输线的基本理论 §1.2 均匀无耗传输线上的行波 以双导线为例: 假设传输线为无限长、理想（即无耗、均匀） 第一章 传输线的基本理论 §1.2 均匀无耗传输线上的行波 传输线方程及其解 等效电路 在微波频段，应当用分布参数进行描述 第一章 传输线的基本理论 §1.2 均匀无耗传输线上的行波 传输线方程及其解 电压和电流波动方程 参考前图微分元双导线的等效电路 由科希霍夫电压定律（KVL）且略去高阶无穷小 由科希霍夫电流定律（KCL）且略去高阶无穷小 第一章 传输线的基本理论 §1.2 均匀无耗传输线上的行波 传输线方程及其解 电压和电流波动方程 由此可得 第一章 传输线的基本理论 §1.2 均匀无耗传输线上的行波 传输线方程及其解 电压和电流波动方程 将式（1.3）两端对z求偏导并代入式（1.4） 将式（1.4）两端对z求偏导并代入式（1.3） 第一章 传输线的基本理论 §1.2 均匀无耗传输线上的行波 传输线方程及其解 电压和电流波动方程 对于时谐场，设时间因子为exp(jωt) 第一章 传输线的基本理论 §1.2 均匀无耗传输线上的行波 传输线方程及其解 时谐场波动方程的解 式（1.7）和（1.8）为调和方程，其通解为 第一项表示沿方向传输的波 第二项表示沿方向传输的波 系数由边界条件决定的待定系数 第一章 传输线的基本理论 §1.2 均匀无耗传输线上的行波 传输线方程及其解 时谐场波动方程的解 电压和电流波的瞬时表达式为 假定双导线无耗，波在传输过程中无幅度衰减 则波因子描述了波沿±z方向传输时相位的变化 第一章 传输线的基本理论 §1.2 均匀无耗传输线上的行波 传输线方程及其解 相速与波长 对于任意波形的电磁波而言，波形上任意特定点沿传输方向的传播速度称为波速v 电磁波的等相位点或线或面（即某一给定相位）沿传输方向的移动速度称为相速vp 对于单频时谐场，v=vp 第一章 传输线的基本理论 §1.2 均匀无耗传输线上的行波 传输线方程及其解 相速与波长 令 单频时谐电磁波上任一点在一个周期T内沿传输方向传播的距离称为波长，从而有 第一章 传输线的基本理论 §1.2 均匀无耗传输线上的行波 传输线方程及其解 相速与波长 由表查出双导线的分布电感L和分布电容C，代入 公式 可得 因此相速还可以写成 第一章 传输线的基本理论 §1.2 均匀无耗传输线上的行波 传输线方程及其解 相速与波长 由此可见，在传输TEM波的情况下，双导线内电压波和电流波的相速与均匀平面波在具有和双导线内填充媒质相同的均匀媒质中传播的相速一致 第一章 传输线的基本理论 §1.2 均匀无耗传输线上的行波 理想传输线的特性阻抗 将式（1.9）和（1.10）及时谐因子代入式（1.3）（或式（1.4））可得 考虑到此式对任意z均成立，故应有 和 从而式（1.9）和（1.10）可以改写成 第一章 传输线的基本理论 §1.2 均匀无耗传输线上的行波 理想传输线的特性阻抗 ZC定义为均匀无耗传输线的特性阻抗，且 U+(z)和I+(z)分别表示z处入射电压波和电流波的复振幅 U-(z)和I-(z)分别表示z处反射电压波和电流波的复振幅 第一章 传输线的基本理论 §1.2 均