金属波导 表面波传输线 TE、TM型波 混合型波 矩形波导,圆波导, 厘米波,毫米波低频端 椭圆波导,脊波导 介质波导,介质镜象线, 毫米波 单根表面波传输线 二、 微波传输线的基本特点 (1)长线效应
电长度:l/λ称为传输线的电长度。 长线:l /λ〉〉0.1的传输线称为长线。 短线:l /λ〈〈0.1的传输线称为长线。
因此,所谓长线和短线只是一个相对的概念,它指的是电长度的大小,而不是几何长度。
例如,当f =10GHz (λ=3cm)时,几米的传输线就应视为长线;但当f = 50Hz (λ= 6000km )时,即使长度为几百米的传输线却仍是短线。如图1.1-3所示,同样几何长度的导线,工作波长较长时为短线,而工作波长较短时则为长线。
从图中可以看出,在短线上任一给定时刻电压是处处相同的,电流也是处处相同的。因此,电压和电流仅仅是时间的函数,而与位置无关。但在长线上,任一给定时刻它上面各点的电压处处不同,电流也处处不同。因此,它们不仅是时间t的函数而且也是位置(x,y,z)的函数。 (2)分布参数效应
图1.1-3 长线和短线
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分布参数:是指传输线的电路参数(如电感、电容、电阻和电导)分散分布于整个传输线中,任何一小段传输线都存在电感、电容、电阻和电导,但量值通常很小,如右图所示。
产生分布参数的原因是构成传输线的导体并非理想导体,所以产生分布电阻;由于传输线两
导线间的介质并非理想介质所以产生分布漏电导;同理传输线中还存在分布电感和分布电容。因此,任何一小段传输线都存在着串联电感和电阻及并联电容和漏电导。
所谓分布参数效应是指分布参数对电路特性的影响,这种影响与传输线的工作频率密切相关,同一传输线,在不同的工作频率呈现不同的分布参数效应。如分布电感和分布电容在不同频率下所呈现的影响就不同。因为电感和电容的所呈现的阻抗分别为ZL?j?L , ZC?1/j?C。在低频时,传输线分布电感的感抗很小,分布电容的容抗很大,由于在传输线中,电感是串联,电容是并联,所以二者影响都很小,可以忽略。相反,在工作频率较高时,感抗和容抗的影响都很大,不能忽略。
结论:分布参数效应在高、低频时都有,只是在低频时影响较
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小,可以忽略,而在高频时影响较大,不能忽略而已。由于微波的频率很高,所以在微波传输线及器件中必须考虑分布参数效应的影响,这就为微波传输线和器件的分析与设计带来了难度。
集中参数:是指传输线的电路参数(如电感、电容、电阻和电导)集中分布于传输线的有限区域中,如低频电路中的电感、电容、电阻和电导就分布在各自的器件中,而不是分布在真整个电路中,因此属于集中参数。
注:考虑传输线的分布参数效应和它的长线效应两者是一致的,因为考虑分布参数效应的结果就是使传输线上各点的电压和电流成为位置的参数。
§1.2 传输线的等效电路和基本方程 一、 传输线等效电路的建立
已知当传输线工作于高频时必须考虑分布参数效应,为方便起见,假设传输线的分布参数分别用单位长度上的量值来表示,如分布电感L1、分布电容C1、分布电阻R1和分布漏电导G1分别表示传输线单位长度上的电感、电容、电阻和漏电导,它们的数值由传输线的型式、尺寸、导体材料及周围介质的参数所决定,而与它的工作情况(如频率)无关。这些分布参数
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可用电磁场理论的方法来求出。
均匀传输线:传输线沿线的形状、尺寸、填充介质等始终不变的传输线;
非均匀传输线:传输线沿线的形状、尺寸、填充介质等有变化的传输线。
实际中使用的传输线通常都是均匀传输线,非均匀传输线通常用于实现微波元器件,本章中以双线传输线为例讨论均匀传输线中的波传播问题。
图1.2-1所示是双线传输线及其等效电路。在图中把传输线划分成无限多个元长度,每个元长度用dz表示,并用集中参数dR=R1dz,dL=L1dz, dG=G1dz和dC=C1dz等效。这样,传输线上无限多个元长度首尾相连,即无限多个等效电路首尾相连代替了实际电路。
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