第一章 传输线理论PPT学习课件
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传输线理论阻抗匹配
27
2. 串联单支节公式：
BL
t
tg
d
BL
2Y0
GL Y0
Y0
GL
2
BL2
GL Y0
GL Y0 GL Y0
d的两个主要解为：
d
d
1
2
1
2
arctgt t
+arctgt
0
t
0
Z0
Z 1/Y Z0
ZL
Z0
l
短路或 开路
2020/7/22
28
短路支节：lsc
1
2
arctg
（3.3）
假定信号源阻抗是固定的，考虑以下三种负载阻抗情况：
负载与传输线匹配（ZL= Z0）
传给负载传输的功率
ГL=0
P
1 2
EG
2
Z0
Z0
RG 2 XG 2
（3.4）
2020/7/22
6
信号源与端接传输线匹配（Zin= ZG） Гin=0
传给负载传输的功率
P 1 2
EG 2 4
RG
RG2
yL
负载匹配，加＋j 0.3
归一化导纳落在
zL
1 j圆b周上
归一化导纳 y 0.4 j0.5
z 1 j1.2
阻抗 z 1 j1.2 要落在归一化阻抗圆周上 1 jx
串联电抗 x j1.2
2020/7/22
14
由此得到相应的元件值为：
C b 0.92pF;
2 fZ0
C 1 2.61pF;
Zin
Z
* G
假定信号源的内阻抗为固定，可改变输入阻抗Zin使送 到负载的功率最大。
2. 串联单支节公式：
BL
t
tg
d
BL
2Y0
GL Y0
Y0
GL
2
BL2
GL Y0
GL Y0 GL Y0
d的两个主要解为：
d
d
1
2
1
2
arctgt t
+arctgt
0
t
0
Z0
Z 1/Y Z0
ZL
Z0
l
短路或 开路
2020/7/22
28
短路支节：lsc
1
2
arctg
（3.3）
假定信号源阻抗是固定的，考虑以下三种负载阻抗情况：
负载与传输线匹配（ZL= Z0）
传给负载传输的功率
ГL=0
P
1 2
EG
2
Z0
Z0
RG 2 XG 2
（3.4）
2020/7/22
6
信号源与端接传输线匹配（Zin= ZG） Гin=0
传给负载传输的功率
P 1 2
EG 2 4
RG
RG2
yL
负载匹配，加＋j 0.3
归一化导纳落在
zL
1 j圆b周上
归一化导纳 y 0.4 j0.5
z 1 j1.2
阻抗 z 1 j1.2 要落在归一化阻抗圆周上 1 jx
串联电抗 x j1.2
2020/7/22
14
由此得到相应的元件值为：
C b 0.92pF;
2 fZ0
C 1 2.61pF;
Zin
Z
* G
假定信号源的内阻抗为固定，可改变输入阻抗Zin使送 到负载的功率最大。
第1章 均匀传输线理论
60
式 中 , α 为 衰 减 常 数 , 单 位 为 dB/m( 有 时 也 用 Np/m, 1 Np/m=8.86 dB/m ); β为相移常数, 单位为rad/m。
对于无耗传输线,R=G=0, 则α=0, 此时γ=jβ, β=ω
于损耗很小的传输线, 即满足R<<ωL、G<<ωC时, 有
。 LC 对
式中, Zl为终端负载阻抗。 上式表明: 均匀无耗传输线上任意一点的输入阻抗与观察 点的位置、传输线的特性阻抗、终端负载阻抗及工作频率有关, 且一般为复数, 故不宜直接测量。另外, 无耗传输线上任意相距 λ/2处的阻抗相同, 一般称之为λ/2重复性。 ［例1- 1］一根特性阻抗为50 Ω、 长度为0.1875m的无耗 均匀传输线 , 其工作频率为 200MHz, 终端接有负载 Zl=40+j30
得，为此，引入以下三个重要的物理量: 输入阻抗、 反射系数
和驻波比。 1. 由上一节可知, 对无耗均匀传输线, 线上各点电压U(z)、 电 流I(z)与终端电压Ul、终端电流Il的关系如下
U(z)=Ulcos(βz)+jIlZ0sin(βz) I(z)=Il cos(βz)+jUlZ0sin(βz) (1- 2- 1)
寸、形状、媒质分布、材料及边界条件均不变的导波系统称为
规则导波系统, 又称为均匀传输线。 把导行波传播的方向称为 纵向, 垂直于导波传播的方向称为横向。无纵向电磁场分量的
电磁波称为横电磁波，即TEM波。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。
R G r jw LC ( 1 )( 1 ) jwL jwc
第一章传输线理论
轴线基本没有辐射损耗，几乎不受外界
信号干扰。其工作频带比双线传输线宽 ，可以用于大于厘米波的波段。
第十八页，编辑于星期五：十六点 二分。
认识传输线
1、同轴线的结构
同轴线的结构，由外向内依次是护套、外导体（屏蔽层）、绝缘介质和内导体4部 分。下面我们就分别介绍一下每一部分的作用。
护套，即最外面是一层绝缘层，起保护作用，室外电缆宜用具有优良气候特性的黑色聚 乙烯，室内用户电缆从美观考虑则宜采用浅色的聚乙烯。
这表明导线间处处有分布电导；（单位长度分布电导用
表
示 。）
G（1c）由于导线中通过电流，其周围就有磁场，因而导线上存在分 布电感的效应；(单位长度分布电感用 表示。)
（d）由于导线间有电压，导线间便有电场，于L是1 导线间存在分布
电容的效应；(单位长度分布电容 用表示。)
C1
R1为单位长度损耗电阻；G1为单位长度损耗电导；L1为单位长 度电感，简称分布电感；C1为单位长度电容，简称分布电容。当 R1=0、G1=0时称为无耗传输线。
1.1 认识传输线
1.2 同轴线 1.3 同轴电缆 1.4 微带线 1.5 双线传输线
第二页，编辑于星期五：十六点 二分。
传输线理论
射频识别（Ratio Frequency Identication，RFID），是 20世纪80年代发展起来的一种自动识别技术，RFID利用射 频信号的空间耦合实现无接触信息传输并通过所传输的信息 进行目标识别。射频识别包括射频（RF）与识别（ID）两个
第三个数字是序号，各序号之间的差异要看厂家的说明，没有统一的规定。同轴最早是美国 用在军事上，美国军标中的RG-59（75Ω）、RG-58（50Ω）、RG-213（50Ω）是我们常用到的。
信号干扰。其工作频带比双线传输线宽 ，可以用于大于厘米波的波段。
第十八页，编辑于星期五：十六点 二分。
认识传输线
1、同轴线的结构
同轴线的结构，由外向内依次是护套、外导体（屏蔽层）、绝缘介质和内导体4部 分。下面我们就分别介绍一下每一部分的作用。
护套，即最外面是一层绝缘层，起保护作用，室外电缆宜用具有优良气候特性的黑色聚 乙烯，室内用户电缆从美观考虑则宜采用浅色的聚乙烯。
这表明导线间处处有分布电导；（单位长度分布电导用
表
示 。）
G（1c）由于导线中通过电流，其周围就有磁场，因而导线上存在分 布电感的效应；(单位长度分布电感用 表示。)
（d）由于导线间有电压，导线间便有电场，于L是1 导线间存在分布
电容的效应；(单位长度分布电容 用表示。)
C1
R1为单位长度损耗电阻；G1为单位长度损耗电导；L1为单位长 度电感，简称分布电感；C1为单位长度电容，简称分布电容。当 R1=0、G1=0时称为无耗传输线。
1.1 认识传输线
1.2 同轴线 1.3 同轴电缆 1.4 微带线 1.5 双线传输线
第二页，编辑于星期五：十六点 二分。
传输线理论
射频识别（Ratio Frequency Identication，RFID），是 20世纪80年代发展起来的一种自动识别技术，RFID利用射 频信号的空间耦合实现无接触信息传输并通过所传输的信息 进行目标识别。射频识别包括射频（RF）与识别（ID）两个
第三个数字是序号，各序号之间的差异要看厂家的说明，没有统一的规定。同轴最早是美国 用在军事上，美国军标中的RG-59（75Ω）、RG-58（50Ω）、RG-213（50Ω）是我们常用到的。
《传输线理论》PPT课件 (2)
L且G<<ωC,传输线的传输系数可写成
•
j式中,αL定C义为传输L线C的衰(减R常数:G ) j （2-15）
2 LC
•
其中Y0定义为传输线的特性导纳:
LC 2
(R L
G) C
1 2
(RY0
GZ 0 )
Y0
1 Z0
C L
2.4 无耗传输线的工作状态
•
一段特性阻抗为Z0的传输线,一端接信号源,另一端接上负载。假设此传输线无耗,传
关）,引线长度为1.25cm,半径为0.2032mm，可以得到其等效电路的频率响应曲线如图所示。
102
101
实际 电容
| Z | /,
100
10－ 1
10－
2
108
理想 电容
109
1010
1011
f / Hz
图2-8 电容阻抗的绝对值与频率的关系
• 电容的用途非常多，主要有如下几种： • 1．隔直流：作用是阻止直流通过而让交流通过。 • 2．旁路（去耦）：为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。 • 3．耦合：作为两个电路之间的连接，允许交流信号通过并传输到下一级
• • •
A A A是极板面积,d表示极板间距离,ε=ε0εr为极板填充介质的介电常数。 C 理想状态下,极板间介质中没有0 电r流。
d d 在射频/微波频率下,在介质内部存在传导电流,因此存在传导电流引起的损耗；
•
介质中的带电粒子具有一定的质量和惯性,在电磁场的作用下,
很难随之同步振荡,在时间上有滞后现象,也会引起对能量的损耗。
•
在射频Q/微波元频件段耗,能金属导线、电阻、电
容和电感的等效电路中均包含储能元件和耗能元件
第1章 传输线方程(新1.1 1.2)讲诉
*无耗线：Rl Z0
Gl 0
Ll Cl
Z0
Rl j Ll Gl j Cl
•Z0为纯电阻，且与f无关---无色散， •对于某一型号的传输线，Z0为常量。
第一章 传输线理论
•
双导线的特性阻抗：
Z0
120
ln
D
d
D
2
1
120ln
2D
d
d
式中d为线直径，D为线间距，常见270~700Ω, 600, 400, 250Ω
z
dt
i z,t
v( z, t )
t
z Gl z i(z,t) Cl z
t
将前式代入，两端除以z，并令z→0，可得 一般传输线方程（电报方程）：
i( z, t ) z
Gli(z, t)
Cl
v( z, t ) t
i(z,t)
+
v(z,t) _
Rlz
Llz Glz
第一章 传输线理论
i(z+z,t)
+ v(z+z,t) Clz _
1.传输线概念
第一章 传输线理论
传输线 是以TEM导模的方式传输送电磁波能量
(Transmission line) 或者信号的导行系统
传输线主要 结构形式
平行双导线
同轴线 带状线 微带线
1.传输线概念
传输线理论 长线理论
路的方法
第一章 传输线理论
天线
源
传输线
源
终端
沿线用等效电压 和等效电流的方法
A2e z
电压电流是 位置的函数
1 Z0
A1e
z
A2e z
式中 Z0
第一章传输线理论
当ZL=-jX，X>0为容抗时，则|L|=1，<L<2，
由于一段长度l<lp/4的开路线的输入阻抗是一纯电容， 因此可将端接的纯电容负载用一段长度为l0（＜lp/4）的开
路线代替，l0的值由X=Z0cotl0得：
l0
lp 2
arctan
Z0 X
这样由开路线的电压、电流和阻抗分布截去l0长就可得 到端接纯电容负载时沿线的电压、电流和阻抗分布，如图所
STE_A.J.YUE
西安电子科技大学通信工程学院
7
§1.2 均匀无耗长线的工作状态
STE_A.J.YUE
西安电子科技大学通信工程学院
8
§1.2 均匀无耗长线的工作状态
（3）终端接纯电抗负载 当终端接纯电抗负载jX 时，其终端反射系数为：
L=
jX jX
Z0 Z0
X2 X2
Z02 Z02
j
载的行波工作状态，端接全反射负载的驻波工作状态及部
分反射（不匹配负载）的行驻波状态。
1、行波工作状态(无反射情况)
由反射系数公式可以得到传输线上无反射波的条件为
ZL=Z0，则可得到行U波(状z) 态U时ie沿jz线电压和电流的表达式为
I (z)
Iie jz
Ui Z0
e j z
电压、电流的瞬时值表示式为
整数倍处，电压为波节点和电流为波腹点。
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西安电子科技大学通信工程学院
5
§1.2 均匀无耗长线的工作状态
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6
§1.2 均匀无耗长线的工作状态
(2) 终端开路(ZL=∞,ΓL=1) 可得终端开路时沿线电压、电流分布的表达式为
1-传输线理论(第1讲)
传输线理论（y）Transmission Line Theory1第一部分传输线1.1 传输线的波动方程111.2 无损耗双线传输线12131.3 接负载的无损耗传输线1.4 反射系数、驻波比1.5 Simth圆图1.6 有耗传输线2什么是传输线什么是传输线？传输线是一种能在两点之间高效率地传输功率与信号的器材。
广义上讲，凡是传输功率与信号的器材广义上讲凡是能够用来导引电磁波向既定方向传输的导体、介质系统均可称其为传输线。
3几种典型的同轴电缆5常见传输线有双绞线、屏蔽双绞线、同轴电缆、波导和微带线等。
这些传输线都只能在一定的频率范围内使用。
例带线等这些传输线都只能在一定的频率范围内使用例如双绞线和屏蔽双绞线，只适用于100 kHz以下的信号传输当频率达时传输损耗将大大增加即电磁波输，当频率达1MHz时，传输损耗将大大增加，即电磁波在传输线内行进时，能量被迅速衰减，无法到达负载终端。
电磁兼容测试中常用的N型同轴电缆通常用于10GHz以下的频段；而波导和微带线则可应用于10GHz 以上的频率范围围。
图3-1 各种传输线的适用频率范围6同轴线是由介质隔开的内导体与同轴外导体构成。
同轴线的优点是使电场和磁场限制在内外导体间的介质区域内，既减小了辐射损耗，也屏蔽了外界干扰。
内外导体间的介质可以是空气，也可是损耗小的介质材料的作频率范围可以是损耗小的介质材料。
它的工作频率范围可从直流至特高频段（10GHz附近），在通信、电视及各种电子设备中得到广泛应用，也是电磁兼容测试中应用最多的一类传输线。
7同轴线是TEM波传输线的一种 本章节主要研究传播横电磁波模式的传输线，即第一类——TEM波传输线。
场源产生的能量沿着传输线所引导的方向以横电磁波模式传播，即在传输过程中电场和磁场相互垂直，且都垂直于传输线导向的传播方向。
8能量以“波”的形式传播线上的电压和电流不仅与时间有关，而且与位置有关V V低频高频9集总参数和分布参数按照“路”的分析方法传输高频电磁能量的传输线与按照路的分析方法，传输高频电磁能量的传输线与普通电路网络有一个明显的差别。
传输线理论详解ppt课件
➢ 对于纵向问题，都是沿轴线方向把电磁波的能量 从一处传向另一处。因此，尽管传输线类型不同 ，但都可以用相同的物理量来加以描述。即可以 用一个等效的简单传输线(如双导线或同轴线)来描 述。
.
4传输线理论的内容
➢ 简单传输线的纵向问题，
可以用场的方法来分析：根据边界和初始条件求 电磁场波动方程的解，得出电磁场随时间和空间 的变化规律；
A1ez
A2ez
特性阻抗
Z0
R jL G jC
u(z,t)A 1ezco tszA 2ezco tsz
i(z,t)Z A 1 0e zc
o tszA 2e zc
Z0
o tsz
解的物理含义： 传输线上电流、电压以波的形式传播； 存在朝相反方向传播的波
.
28
第一部分 U(z,t),I(z,t)
计及 JE
I JS Er02
同时考虑Ohm定律
V Edl
R0V IE E d rl02lr025.81071(2103)2
1.37103/m
代入铜材料 5.8107
.
微波传输线 当频率升高出现的第一个问题是导体的集肤效应 (Skin Effect)。导体的电流、电荷和场都集中在导体 表面
型的组合和发展。
.
2 对传输线的基本要求
➢ 工作频带宽(或满足一定的要求)；功率容量大(或满 足一定的要求)；工作稳定性好；损耗小；尺寸小和 成本低等。
➢ 实际应用中，从减少损耗和结构工艺上的可实现性 等方面来考虑：在米波或分米波中的低频段范围内 ，可采用双导线或同轴线；在厘米波范围内可采用 空心金属波导管以及带状线和微带线等；在毫米波 范围可采用空心金属波导管、介质波导、介质镜像 线和微带线；在光频波段则采用光波导(光纤)。
.
4传输线理论的内容
➢ 简单传输线的纵向问题，
可以用场的方法来分析：根据边界和初始条件求 电磁场波动方程的解，得出电磁场随时间和空间 的变化规律；
A1ez
A2ez
特性阻抗
Z0
R jL G jC
u(z,t)A 1ezco tszA 2ezco tsz
i(z,t)Z A 1 0e zc
o tszA 2e zc
Z0
o tsz
解的物理含义： 传输线上电流、电压以波的形式传播； 存在朝相反方向传播的波
.
28
第一部分 U(z,t),I(z,t)
计及 JE
I JS Er02
同时考虑Ohm定律
V Edl
R0V IE E d rl02lr025.81071(2103)2
1.37103/m
代入铜材料 5.8107
.
微波传输线 当频率升高出现的第一个问题是导体的集肤效应 (Skin Effect)。导体的电流、电荷和场都集中在导体 表面
型的组合和发展。
.
2 对传输线的基本要求
➢ 工作频带宽(或满足一定的要求)；功率容量大(或满 足一定的要求)；工作稳定性好；损耗小；尺寸小和 成本低等。
➢ 实际应用中，从减少损耗和结构工艺上的可实现性 等方面来考虑：在米波或分米波中的低频段范围内 ，可采用双导线或同轴线；在厘米波范围内可采用 空心金属波导管以及带状线和微带线等；在毫米波 范围可采用空心金属波导管、介质波导、介质镜像 线和微带线；在光频波段则采用光波导(光纤)。
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本章将引入射频电路中的基本概念——传输线， 并对其做简单的介绍。
3
认识传输线
随着信息系统工作频率的提高和高速数字电路的发展，必
须考虑传输距离对信号幅度相位（ 频域）和波形时延（ 时域）
的影响。本章从电路的观点出发，将传输线看作分布参数电路，
与下一章导波理论相比较，传输线理论不考虑具体传输线的结构
和横向纵向的场分布，只关心电压电流或等效电压电流沿传输线
第1章 传输线理论
2014.3
1
内容简介
1.1 认识传输线 1.2 同轴线 1.3 同轴电缆 1.4 微带线 1.5 双线传输线
2
传输线理论
射频识别（Ratio Frequency Identication，RFI D），是20世纪80年代发展起来的一种自动识别技 术，RFID利用射频信号的空间耦合实现无接触信息 传输并通过所传输的信息进行目标识别。射频识别 包括射频（RF）与识别（ID）两个部分。其中“射 频”部分主要指电子标签和读写器中的射频电路即 射频前端和天线，是实现射频识别的基础。
我们所关心的是瞬态解，应用入射波、反射波、时延、瞬态波形
等概念来描述线上的工作状态。传统的传输线理论注重频域稳态
解。在实际工作中，由于高速数字电路的飞速发展，传输线上时
域信号的瞬态解正日益引起人们的关注和研究。
4
认识传输线
一、传输线的基本概念 1、定义
传输线:是用来引导传输电磁波能量和信息的装置，例如：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
百米长的线却仍是短线。
f
50
2、 结论
在微波频率时，传输线的分布参数效应不能被 忽略，而认为传输线的各部分都存在有电感、电容、 电阻和电导，也就是说，这时传输线和阻抗元件已 融为一体，它们构成的是分布参数电路，即在传输 线上处处有贮能、处处有损耗。也正是如此，在微 波下，传输线的作用除传输信号外还可用于构成各 种微波电路元件。
7
TEM波模型如图1-1所示，电场（E）与磁场（H）与 电磁波传播方向（V）垂直。TEM传输线上电磁波的传播 速度与频率无关。本课程中射频电路只涉及TEM传输线。
8
认识传输线
3、传输线分类
TEM传输线有很多种类，常用的有双线传输线、同轴线、 带状线和微带线（传输准TEM波），用来传输TEM波的传输 线一般由两个（或两个以上）导体组成。
长线是指传输线的几何长度和线上传输电磁波的波长的比值 （即电长度）大于或接近于1；反之，则称为短线。可见二者是 相对概念，取决于传输线的电长度而不是几何长度。
在射频电路中，传输线的几何长度有时只有几厘米，但是因 为这个长度已经大于工作波长或与工作波长差不多，仍称为长线； 而输送市电的电力线，即使几何长度为几千米，单与市电的波长 （如6000km）相比，还是小得多，所以将其视为短线。
6
认识传输线
传输线的构成 从传输模式上看，传输线上传输的电磁波可以分为三种
类型。 （1）TEM波（横电磁波）：电场和磁场都与电磁场传播
方向垂直。 （2）TE波（横电波）：电场与电磁场传播方向垂直，传
播方向上只有磁场分量。 （3）TM波（横磁波）：磁场与电磁波传播方向垂直，传
播方向只有电场分量。
13
1、长线效应
设传输线的几何长度为 l，其上工作波长为 。（下面定义
几个参数）
电长度： 一般称 l 为传输线的电长度（电刻度）。
长线： 一般认为电长度 l 0.1 (或0.05)的传输线是
长线。（相应地 l 比 小的多的传输线就是短线。）。
在微波下工作的传输线，其几何长度与它的工作波长相比
15
3、传输线的分布参数及其等效电路
（1）分布参数:
信号从发射机到天线或从天线到接收机的传送都是由传输线来 完成的。(或凡是用来把电磁能从电路的一端送到电路的另一端 的设备统称为传输线)。如图所示。
5
2 、对传输线的基本要求
（1）传输损耗要小，传输效率要高； （2）工作频带要宽，以增加传输信息容量和保证信号 的无畸变传输； （3）在大功率系统中，要求传输功率容量要大； （4）尺寸要小，重量要轻，以及能便于生产和安装。 (为了满足上述要求，在不同的工作条件下，需采用不同 型式的传输线。在低频时,普通的双根导线就可以完成传 输作用,但是,随着工作频率的升高,由于导线的趋肤效应和 辐射效应的增大使它的正常工作被破坏.因此,在高频和微 波波段必须采用与低频时完全不同的传输线形式)
9
（1） 横电磁波（TEM波）传输线，如双导线、同轴 线、带状线等。常用波段米波、分米波、厘米波。
(a)平行双导线 （b）同轴线
（c）带状线
10
（2）波导传输线（TE和TM波），如矩形、圆形、脊形 和椭圆形波导等。厘米波、豪米波低端。
（a）矩形波导 （b）圆形波导 （c）脊形波导
11
（3）表面波传输线：如介质波导、介质镜像线、单根 线等。其传输模式一般为混合波型。适用于毫米波。
（a）介质波导 （b）镜像线 （c）单根表面波传输线
12
认识传输线
长线的含义
传输线是传输电磁能量的一种装置，在低频电路中的导线属 于传输线的一种特例。低频传输线中（导线），电流几乎均匀分 布在导线内部。随着工作频率的升高，波长不断减小，电流集中 在导体表面，内部几乎没有能量传输。传输线上的电压和电流随 着空间位置的不同而变化，电流和电压呈现出波动性。我们引入 长线的概念来区分它们。
的变化。相对于场的理论而言，传输线是一种简化的模型，它不
包括横向（ 垂直于传输线的截面）场分布的信息，却保留了纵
向（ 沿传输线方向）波动现象的主要特征。对于许多微波工程
中各种器件部件，采用这种简化的模型进行分析计算仍然是非常
有效的和简洁的。在频域，我们所关心的是稳态解，应用入射波
、反射波、幅度、相位等概念来描述线上的工作状态；在时域，
较，l 比 还长或者两者可以相比拟，也就是说一般在微波波段
满足长线这个条件。
注意：长线是一个相对的概念，它指的是电长度而不是几
何长度。 例如：当
f
10GHz
时，
c f
3 108 10 109
0.03
米＝3厘米，
则几厘米的传输线就应视为长线；
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当 f 50Hz 时， 则 c 3 108 6000 千米，即使长为几
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认识传输线
随着信息系统工作频率的提高和高速数字电路的发展，必
须考虑传输距离对信号幅度相位（ 频域）和波形时延（ 时域）
的影响。本章从电路的观点出发，将传输线看作分布参数电路，
与下一章导波理论相比较，传输线理论不考虑具体传输线的结构
和横向纵向的场分布，只关心电压电流或等效电压电流沿传输线
第1章 传输线理论
2014.3
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内容简介
1.1 认识传输线 1.2 同轴线 1.3 同轴电缆 1.4 微带线 1.5 双线传输线
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传输线理论
射频识别（Ratio Frequency Identication，RFI D），是20世纪80年代发展起来的一种自动识别技 术，RFID利用射频信号的空间耦合实现无接触信息 传输并通过所传输的信息进行目标识别。射频识别 包括射频（RF）与识别（ID）两个部分。其中“射 频”部分主要指电子标签和读写器中的射频电路即 射频前端和天线，是实现射频识别的基础。
我们所关心的是瞬态解，应用入射波、反射波、时延、瞬态波形
等概念来描述线上的工作状态。传统的传输线理论注重频域稳态
解。在实际工作中，由于高速数字电路的飞速发展，传输线上时
域信号的瞬态解正日益引起人们的关注和研究。
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认识传输线
一、传输线的基本概念 1、定义
传输线:是用来引导传输电磁波能量和信息的装置，例如：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
百米长的线却仍是短线。
f
50
2、 结论
在微波频率时，传输线的分布参数效应不能被 忽略，而认为传输线的各部分都存在有电感、电容、 电阻和电导，也就是说，这时传输线和阻抗元件已 融为一体，它们构成的是分布参数电路，即在传输 线上处处有贮能、处处有损耗。也正是如此，在微 波下，传输线的作用除传输信号外还可用于构成各 种微波电路元件。
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TEM波模型如图1-1所示，电场（E）与磁场（H）与 电磁波传播方向（V）垂直。TEM传输线上电磁波的传播 速度与频率无关。本课程中射频电路只涉及TEM传输线。
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认识传输线
3、传输线分类
TEM传输线有很多种类，常用的有双线传输线、同轴线、 带状线和微带线（传输准TEM波），用来传输TEM波的传输 线一般由两个（或两个以上）导体组成。
长线是指传输线的几何长度和线上传输电磁波的波长的比值 （即电长度）大于或接近于1；反之，则称为短线。可见二者是 相对概念，取决于传输线的电长度而不是几何长度。
在射频电路中，传输线的几何长度有时只有几厘米，但是因 为这个长度已经大于工作波长或与工作波长差不多，仍称为长线； 而输送市电的电力线，即使几何长度为几千米，单与市电的波长 （如6000km）相比，还是小得多，所以将其视为短线。
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认识传输线
传输线的构成 从传输模式上看，传输线上传输的电磁波可以分为三种
类型。 （1）TEM波（横电磁波）：电场和磁场都与电磁场传播
方向垂直。 （2）TE波（横电波）：电场与电磁场传播方向垂直，传
播方向上只有磁场分量。 （3）TM波（横磁波）：磁场与电磁波传播方向垂直，传
播方向只有电场分量。
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1、长线效应
设传输线的几何长度为 l，其上工作波长为 。（下面定义
几个参数）
电长度： 一般称 l 为传输线的电长度（电刻度）。
长线： 一般认为电长度 l 0.1 (或0.05)的传输线是
长线。（相应地 l 比 小的多的传输线就是短线。）。
在微波下工作的传输线，其几何长度与它的工作波长相比
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3、传输线的分布参数及其等效电路
（1）分布参数:
信号从发射机到天线或从天线到接收机的传送都是由传输线来 完成的。(或凡是用来把电磁能从电路的一端送到电路的另一端 的设备统称为传输线)。如图所示。
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2 、对传输线的基本要求
（1）传输损耗要小，传输效率要高； （2）工作频带要宽，以增加传输信息容量和保证信号 的无畸变传输； （3）在大功率系统中，要求传输功率容量要大； （4）尺寸要小，重量要轻，以及能便于生产和安装。 (为了满足上述要求，在不同的工作条件下，需采用不同 型式的传输线。在低频时,普通的双根导线就可以完成传 输作用,但是,随着工作频率的升高,由于导线的趋肤效应和 辐射效应的增大使它的正常工作被破坏.因此,在高频和微 波波段必须采用与低频时完全不同的传输线形式)
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（1） 横电磁波（TEM波）传输线，如双导线、同轴 线、带状线等。常用波段米波、分米波、厘米波。
(a)平行双导线 （b）同轴线
（c）带状线
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（2）波导传输线（TE和TM波），如矩形、圆形、脊形 和椭圆形波导等。厘米波、豪米波低端。
（a）矩形波导 （b）圆形波导 （c）脊形波导
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（3）表面波传输线：如介质波导、介质镜像线、单根 线等。其传输模式一般为混合波型。适用于毫米波。
（a）介质波导 （b）镜像线 （c）单根表面波传输线
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认识传输线
长线的含义
传输线是传输电磁能量的一种装置，在低频电路中的导线属 于传输线的一种特例。低频传输线中（导线），电流几乎均匀分 布在导线内部。随着工作频率的升高，波长不断减小，电流集中 在导体表面，内部几乎没有能量传输。传输线上的电压和电流随 着空间位置的不同而变化，电流和电压呈现出波动性。我们引入 长线的概念来区分它们。
的变化。相对于场的理论而言，传输线是一种简化的模型，它不
包括横向（ 垂直于传输线的截面）场分布的信息，却保留了纵
向（ 沿传输线方向）波动现象的主要特征。对于许多微波工程
中各种器件部件，采用这种简化的模型进行分析计算仍然是非常
有效的和简洁的。在频域，我们所关心的是稳态解，应用入射波
、反射波、幅度、相位等概念来描述线上的工作状态；在时域，
较，l 比 还长或者两者可以相比拟，也就是说一般在微波波段
满足长线这个条件。
注意：长线是一个相对的概念，它指的是电长度而不是几
何长度。 例如：当
f
10GHz
时，
c f
3 108 10 109
0.03
米＝3厘米，
则几厘米的传输线就应视为长线；
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当 f 50Hz 时， 则 c 3 108 6000 千米，即使长为几