傳輸線的基本理論第1頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三

傳輸線的種類第2頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三根據(jù)導(dǎo)引波型分類TEM或準(zhǔn)TEM傳輸線TE波和TM波傳輸線表面波傳輸線雙導(dǎo)線、同軸線、帶狀線、微帶線等矩形、圓形、脊型、橢圓等空心金屬波導(dǎo)介質(zhì)波導(dǎo)、介質(zhì)鏡像線、單根線等（開波導(dǎo)）§2－1引言第3頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三不同頻段米波或分米波段厘米波波段毫米波波段雙導(dǎo)線、同軸線空心金屬波導(dǎo)管及微帶線和帶狀線空心金屬波導(dǎo)管、介質(zhì)波導(dǎo)、介質(zhì)鏡像線、微帶線等§2－1引言第4頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三“路”的方法“場”的方法

傳輸線的研究內(nèi)容及分析方法：橫向問題研究所傳輸波型的電磁波在傳輸線橫截面內(nèi)電場和磁場的分布規(guī)律（場結(jié)構(gòu)、模、波型）縱向問題研究電磁波沿傳輸線軸向的傳播特性和場的分布規(guī)律§2－1引言第5頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三對于低頻信號，例如50Hz的交流電源，對應(yīng)波長為6×106米，即6千公里，因而30km的輸電線只能是短線但一段10cm的波導(dǎo)，若工作在30GHz，對應(yīng)波長為1cm，則是地道的長線

“長線”和“短線”當(dāng)傳輸線的長度l遠(yuǎn)大于所傳輸?shù)碾姶挪ǖ牟ㄩL，或可比擬時，稱之為長線（l/>0.05)；反之,為短線；電長度：l/§2－1引言第6頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三低頻傳輸線和微波傳輸線

1、低頻傳輸線在低頻中，我們中要研究一條線(因?yàn)榱硪粭l線是作為回路出現(xiàn)的)。電流幾乎均勻地分布在導(dǎo)線內(nèi)。電流和電荷可等效地集中在軸線上。由分析可知，Poynting矢量集中在導(dǎo)體內(nèi)部傳播，外部極少。事實(shí)上，對于低頻，我們只須用I，V和Ohm定律解決即可，無須用電磁理論。不論導(dǎo)線怎樣彎曲，能流都在導(dǎo)體內(nèi)部和表面附近。(這是因?yàn)閳龅钠椒椒幢榷?。第7頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三［例1］計(jì)算半徑r0=2mm=2×10-3m的銅導(dǎo)線單位長度的直流線耗R0

計(jì)及低頻傳輸線和微波傳輸線代入銅材料同時考慮Ohm定律IJSErVEdl===òsp02JE=sRVIEdlErlr0020273231581021013710====′′′′=′ò--spspp.()./Wms=′58107.第8頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三2.微波傳輸線當(dāng)頻率升高出現(xiàn)的第一個問題是導(dǎo)體的集膚效應(yīng)(SkinEffect)。導(dǎo)體的電流、電荷和場都集中在導(dǎo)體表面［例2］研究f=10GHz=1010Hz、l=3cm、r0=2mm導(dǎo)線的線耗R

這種情況下，其中,的表面電流密度，a是衰線常數(shù)。對于良導(dǎo)體，由電磁場理論可知

——稱之為集膚深度。低頻傳輸線和微波傳輸線awms==21D第9頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三計(jì)及在微波波段中，是一階小量，對于及以上量完全可以忽略。則

而低頻傳輸線和微波傳輸線RElIlr==002psDIEr=200psDIJdsJedsEerdrdIEeredrEeardeEeareedrEaraaearrarrararrararrarararrar=====é?êù?ú=×-é?êù?ú=-+é?êù?úòòòòòòòòò--------000000000022000000000221212111()()sqpspspsps第10頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三和直流的同樣情況比較從直流到1010Hz，損耗要增加1500倍。

低頻傳輸線和微波傳輸線ssp=′==′=′=′′′′=--508100066100661038310122103831020771063../,,..../DDWDff=HzR

m若RRr0032151510==′D.第11頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三圖2-2直線電流均勻分布圖2-3微波集膚效應(yīng)

損耗是傳輸線的重要指標(biāo)，如果要將，使損耗與直流保持相同，易算出低頻傳輸線和微波傳輸線r0r0第12頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三也即直徑是d=6.06m。這種情況，已不能稱為微波傳輸線，而應(yīng)稱之為微波傳輸“柱”比較合適，其粗度超過人民大會堂的主柱。2米高的實(shí)心微波傳輸銅柱約514噸重(銅比重是8.9T/m3)，按我國古典名著《西游記》記載：孫悟空所得的金箍棒是東海龍王水晶宮的定海神針，重10萬8千斤，即54噸。而這里的微波柱是514噸，約9根金箍棒的重量，估計(jì)孫悟空是無法拿動的!

集膚效應(yīng)帶來的第二個直接效果是：柱內(nèi)部幾乎物，并無能量傳輸無。低頻傳輸線和微波傳輸線第13頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三看來，微波傳輸線必須走自己的路。每一種事物都有自己獨(dú)特的本質(zhì)，硬把不適合的情況強(qiáng)加給它，必然會出現(xiàn)荒唐的結(jié)論。剛才討論的例子正是因?yàn)槲覀冇苍O(shè)想把微波“關(guān)在”銅導(dǎo)線內(nèi)傳播，事實(shí)上也不可能?！皾M圓春色關(guān)不住，一枝紅杏出墻來”微波功率應(yīng)該(絕大部分)在導(dǎo)線之外的空間傳輸，這便是結(jié)論。最簡單而實(shí)用的微波傳輸線是雙導(dǎo)線，它們與低頻傳輸線有著本質(zhì)的不同：功率是通過雙導(dǎo)線之間的空間傳輸?shù)?。低頻傳輸線和微波傳輸線第14頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三這時，使我們更加明確了GuideLine的含義，導(dǎo)線只是起到引導(dǎo)的作用，而實(shí)際上傳輸?shù)氖侵車臻g(Space)(但是，沒有GuideLine又不行)。D和d是特征尺寸，對于傳輸線性質(zhì)十分重要。

圖2-4雙導(dǎo)線

低頻傳輸線和微波傳輸線DdJJSEH傳輸空間第15頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三

分布參數(shù)效應(yīng)分布電感分布電容分布電阻分布漏電導(dǎo)§2－1引言第16頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三傳輸線單位長度上的分布電阻為R、分布電導(dǎo)為G、分布電容為C、分布電感為L,其值與傳輸線的形狀、尺寸、導(dǎo)線的材料、及所填充的介質(zhì)的參數(shù)有關(guān)。均勻傳輸線

非均勻傳輸線

無耗傳輸線(R＝0，G＝0)有耗傳輸線§2－1引言第17頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三

傳輸線分布參數(shù)雙導(dǎo)線、同軸線的分布參數(shù)與材料及尺寸的關(guān)系§2－1引言第18頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三則其各分布參數(shù)為：例如：對于銅材料的同軸線（a＝0.8cm，b＝2cm）， 其所填充介質(zhì)為當(dāng)f=2GHz時：可忽略R和G的影響?！秃木€§2－1引言第19頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三傳輸線方程

傳輸線方程也稱電報(bào)方程。在溝通大西洋電纜(海底電纜)時，開爾芬首先發(fā)現(xiàn)了長線效應(yīng)：電報(bào)信號的反射、傳輸都與低頻有很大的不同。經(jīng)過仔細(xì)研究，才知道當(dāng)線長與波長可比擬或超過波長時，我們必須計(jì)及其波動性，這時傳輸線也稱長線。為了研究無限長傳輸線的支配方程，定義電壓u和電流i均是距離和時間的函數(shù)，即

(2-1)

§2-2均勻無耗傳輸線上的行波uuztiizt==ìí?(,)(,)第20頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三圖2-5長線效應(yīng)

傳輸線方程

i(z)i(z+u(z)u(z+zz+zz)z)LzRzCzGz第21頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三利用Kirchhoff定律，有

(2-2)

當(dāng)?shù)湫挺→0時，有

(2-3)式(2-3)是均勻傳輸線方程或電報(bào)方程。傳輸線方程

-++=+é?êù?ú-++=+é?êù?úìí?????uzztuztRiztLizttzizztiztGuztCuzttz(,)(,)(,)(,)(,)(,)(,)(,)DDDD????-=+-=+ìí?????????????uzRiLitizGuCut第22頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三均勻無耗傳輸線上的行波(R=0，G=0)z0，忽略高次項(xiàng)一、傳輸線方程及其解消去dz第23頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三§2－2均勻無耗傳輸線上的行波——一、傳輸線方程及其解兩邊同時對z求導(dǎo)由傳輸線方程求波動方程由方程(1)得:由方程(2)得:第24頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三§2－2均勻無耗傳輸線上的行波——一、傳輸線方程及其解波動方程的解解的物理含義：

傳輸線上電流、電壓以波的形式傳播；存在朝相反方向傳播的波第25頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三§2－2均勻無耗傳輸線上的行波——一、傳輸線方程及其解相速等相位面沿傳播方向移動的速度入射波：反射波：第26頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三§2－2均勻無耗傳輸線上的行波——一、傳輸線方程及其解雙導(dǎo)線中，在傳播TEM波時，電壓波和電流波的傳播速度與具有和雙導(dǎo)線中填充相同（無界）介質(zhì)中（各種）TEM波的傳播速度是相同的對于雙導(dǎo)線無界空間（、）中第27頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三二、均勻無耗傳輸線的特性阻抗定義：傳輸線中行波電壓和行波電流之比上式，對任意z都應(yīng)成立§2－2均勻無耗傳輸線上的行波第28頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三均勻無耗線的特征阻抗是一個實(shí)數(shù)，單位：反映傳輸線在行波狀態(tài)下電壓和電流之間關(guān)系的量大小僅取決于傳輸線所填充的介質(zhì)、線的橫向尺寸和橫截面內(nèi)電磁場的分