传输线
无线传输线的三种工作状态
无线传输线的三种工作状态无线传输线是一种用于在无需直接物理连接的情况下进行信息传输的技术。
它广泛应用于无线通信、遥控，无线电视、卫星通信等领域。
无线传输线的工作状态影响着信息传输的效率和稳定性。
下面我们将介绍无线传输线的三种工作状态。
第一种状态是稳定传输状态。
在这种状态下，无线传输线能够以预定的速率稳定地传输信息。
这种状态通常出现在无线网络连接良好、信道干净、干扰较少的情况下。
无线传输线在稳定传输状态下能够确保信息传输的准确性和稳定性，适用于大多数的日常通信需求。
第二种状态是不稳定传输状态。
当无线传输线遇到信道干扰、距离过远或者设备故障等问题时，它的传输状态就会变得不稳定。
在这种状态下，信息传输可能会受到干扰，数据包丢失、延迟增加等问题可能会发生。
要解决这种状态下的问题，通常需要采取一些技术手段，如增加信号功率、优化天线布局、使用频谱分集技术等。
第三种状态是断开连接状态。
在某些情况下，无线传输线可能由于信号丢失、设备故障或者其他原因而完全断开连接。
在这种状态下，信息无法正常传输，通信双方需要重新建立连接才能进行通信。
断开连接状态对信息传输造成了严重的影响，因此在实际应用中需要采取一些手段来降低发生这种状态的概率，如使用多路径传输技术、增加冗余传输等。
无线传输线的工作状态对信息传输的质量有着重要的影响。
只有在稳定的传输状态下，无线传输线才能发挥其最佳的传输性能。
在实际应用中，需要采取一些技术措施来减少不稳定传输状态的发生，并及时处理断开连接状态，以确保信息传输的稳定和可靠。
传输线原理
传输线原理
传输线原理指的是在电信领域中，用来传输高频电信号的电缆或导线。
其基本原理是利用电磁波在导线或电缆中的传播特性来传输信号。
在传输线中，主要有两种模式的信号传播：差模模式和共模模式。
差模模式是指信号在两个导线之间以相反的极性传播，而共模模式是指信号以相同的极性在两个导线上共同传播。
传输线的传输特性主要包括电阻、电感、电容和导纳等参数。
电阻表示传输线中电流受到阻碍的程度，电感表示在传输信号时线路对磁场的反应，电容表示在线路上存储电荷的能力，导纳则表示电流与电压之间的关系。
在传输线中，信号的传输速度和衰减程度取决于传输线的特性阻抗。
如果输入端和输出端的特性阻抗相等，就可以实现信号的完美传输。
否则，会出现信号的反射和衰减现象。
为了保持信号的完整性，传输线中常采用匹配网络来匹配源和负载的阻抗。
匹配网络可以使信号在传输线中保持一致的特性阻抗，从而最大限度地减少信号的反射和衰减。
此外，传输线还会受到信号的串扰影响。
串扰是指传输线上的两个信号相互干扰，使得接收信号的质量下降。
为了减少串扰效应，可以采用屏蔽措施或增加信号之间的间隔。
总之，传输线原理是通过合理设计电路和选用合适的传输线，
使得高频信号能够在电路中稳定传输，减少信号衰减和串扰，确保信号的质量和完整性。
第二章-传输线理论
第二章 传输线理论
根据传输线上的分布参数是否均匀分布，可将其分为 均匀传输线和不均匀传输线。我们可以把均匀传输线分割
成许多小的微元段dz (dz<<λ)，这样每个微元段可看作集 中参数电路，用一个Γ型网络来等效。于是整个传输线可
等效成无穷多个Γ型网络的级联
第二章 传输线理论
2 - 2 无耗传输线方程及其解 一、传输线方程
即：
( ) I (z) = Ii2e jβ z + Ir2e- jβ z = Ii2 e jβ z + e- jβ z = 2Ii2 cos β z
( ) u(z,t) =
2Ui2
sin
β
z cos ω t
+
φ 2
+π
2
i(z,t) =
2
Ii2
cos β
z cos(ω t
+
φ) 2
第二章 传输线理论
=
-
Ur (z) Ir (z)
=
R0 + jωL1 G0 + jωC1
对于无耗传输线( R0 = 0, G0 = 0 )，则
Z0 =
L1 C1
对于微波传输线 ,也符合。
平行双线 同轴线 特性阻抗
在无耗或低耗情况下，传输线的特性阻抗为一实数， 它仅决定于分布参数L1和C1，与频率无关。
第二章 传输线理论
l = (2n +1) λ (n = 0,1,2,)
4
1.传输线上距负载为半波长整数倍的各点的输入阻抗等于负载阻抗；
2.距负载为四分之一波长奇数倍的各点的输入阻抗等于特性阻抗的
平方与负载阻抗的比值；
3.当Z0为实数，ZL为复数负载时，四分之一波长的传输线具有变换阻 抗性质的作用。
无线传输线的三种工作状态
无线传输线的工作状态通常可以概括为三种类型：传输状态、过渡状态和反射状态。
这些状态是由信号在传输线中的行为所决定的，它们各自具有不同的特性，并在不同的应用场景中发挥着重要的作用。
传输状态是无线传输线的主要工作状态之一。
当信号沿传输线传播时，如果源端和负载端都处于正常工作状态，信号会顺利通过传输线，保持其原始的幅度和形状，这种状态被称为传输状态。
在传输状态下，信号的能量主要被传输线所吸收，并沿着线路传播。
这种状态常见于长距离通信系统中的信号传输。
过渡状态是另一种常见的工作状态，它发生在信号在传输线中传播时，其幅度和形状发生变化的阶段。
过渡状态通常出现在信号在传输线中的传播过程中，由于线路的不均匀性、连接器阻抗不匹配等原因，信号的幅度和形状会发生变化。
这种状态下的信号通常需要进行适当的处理，以恢复其原始的幅度和形状，以便正确地被接收端接收和处理。
反射状态是无线传输线的另一种工作状态。
当信号在传输线中传播时，如果遇到阻抗不匹配的节点或终端，信号的一部分能量会被反射回源端。
这种状态被称为反射状态。
反射现象会导致信号的幅度和形状发生变化，影响信号的传输质量。
为了避免反射现象对信号传输的影响，需要对传输线的阻抗进行匹配控制，以确保信号在传输过程中能够顺利通过，并保持其原始的幅度和形状。
总之，无线传输线的三种工作状态各有特点，了解它们的特点和影响因素有助于更好地设计和管理通信系统，提高信号传输的质量和可靠性。
传输线基本概念
传输线基本概念
传输线是电气工程中的一个基本概念，通常用于电信和电能传输。
以下是传输线的基本概念：
1.导体：传输线中的导体是负责传输电流的部分，通常由金属材料制成，如铜或铝。
2.绝缘体：绝缘体用于包裹导体，防止电流外泄，同时防止导体与其他导体之间的直接
接触。
3.波动模式：传输线可以支持不同的波动模式，如横波（横电磁波）和纵波（纵电磁波）。
4.特性阻抗：传输线有一个特性阻抗，表示单位长度上的电阻和电抗。
特性阻抗是传输
线参数的一个关键特征。
5.传输速度：信号在传输线上传播的速度，通常接近真空中光速。
6.电压和电流的分布：传输线上电压和电流的分布受特性阻抗、波动模式以及传播方向
等因素影响。
7.传输线长度：传输线的长度对于信号的传播和特性阻抗的影响很大，尤其在高频情况
下。
8.返波系数：当信号在传输线的末端遇到不匹配时，部分信号将被反射回去，返波系数
描述了这种反射的程度。
传输线理论是电磁场理论的一部分，对于高频信号和微波传输具有重要的应用。
传输线的特性和参数对于电信、网络、电力系统等领域的设计和分析都至关重要。
传输线的工作原理
传输线的工作原理传输线是一种用于传输信号或能量的装置，广泛应用于电信、电力、无线通信等领域。
它的工作原理基于电磁学和电路理论，下面将详细介绍传输线的工作原理。
一、传输线的定义和分类- 传输线是指在频率相对较高或传输距离较长的情况下用于传输信号或能量的导线或管路装置。
- 传输线可以根据导线结构、传输方式和信号类型等进行分类，常见的有电缆传输线、平衡传输线和非平衡传输线等。
二、传输线的基本结构- 传输线由两根导线组成，分别被称为中心导体和外部导体，中心导体用于传输信号或能量，外部导体则用于屏蔽和接地。
- 两根导线之间通过绝缘体隔离，以避免导线之间的直接接触或短路。
三、1. 电磁场传输原理- 当传输线上通过电流时，会在导线周围产生电磁场。
- 这个电磁场会沿着传输线进行传播，并在信号源和负载之间进行能量传递。
2. 信号传输原理- 传输线上的信号传输是通过信号的电磁波在导线上进行传播来实现的。
- 信号的传输速度取决于传输线的长度和信号速度。
3. 阻抗匹配原理- 传输线的一个重要作用是实现信号源和负载之间的阻抗匹配。
- 阻抗不匹配会导致信号反射和信号损耗，而传输线的设计可确保信号的最佳传输。
4. 屏蔽和干扰抑制原理- 传输线的外部导体可以提供屏蔽作用，防止外界电磁干扰进入传输线。
- 同时，传输线的结构也可以减少信号内部的干扰，确保信号的完整性和可靠传输。
5. 传输线参数的影响- 传输线参数如电阻、电感和电容等会影响传输线的性能。
- 这些参数通常通过设计和调整传输线的结构和材料来优化。
6. 信号衰减和延迟- 传输线上的信号会受到衰减和延迟的影响，这取决于传输线的长度、频率和材料等因素。
- 为了最小化信号衰减和延迟，需要采用合适的传输线类型和长度。
四、传输线的应用1. 电信领域- 传输线在电信领域中被广泛应用于电话线路、宽带网络等通信设备中，确保信号的传输质量。
2. 电力领域- 电力传输线用于电力输送和配电系统，将电能从发电厂传输到家庭、工厂等终端用户。
传输线s参数计算公式
传输线s参数计算公式传输线是一种用于传输电信号的导线或导缆，常见于通信、电力等领域。
为了描述传输线的性能和特性，人们引入了S参数，即传输线的散射参数。
传输线的S参数是通过测量电压和电流的幅值和相位来描述信号在传输线上的传播情况。
S参数可以提供关于传输线的反射、透射和散射等信息，是设计和分析传输线的重要工具。
传输线的S参数计算公式如下：S11 = Γ1+ = (ZL - Z0)/(ZL + Z0)S12 = Γ1- = 2Z0/(ZL + Z0)S21 = Γ2+ = 2ZL/(ZL + Z0)S22 = Γ2- = (Z0 - ZL)/(ZL + Z0)其中，S11表示输入端的反射系数，S12表示输入端的透射系数，S21表示输出端的透射系数，S22表示输出端的反射系数。
Z0为传输线的特性阻抗，ZL为传输线的负载阻抗。
通过计算S参数，可以得到传输线的特性阻抗、反射系数和透射系数等重要参数。
这些参数对于传输线的设计和分析非常关键。
在实际应用中，我们可以通过实验或仿真软件来测量或计算传输线的S参数。
首先，需要准备好测试仪器或仿真软件，设置好测试条件。
然后，将传输线连接到测试仪器或仿真软件，并进行信号的输入和输出。
最后，通过测量或计算得到传输线的S参数。
在传输线设计和分析中，S参数计算公式是一种非常有效的工具。
通过计算S参数，我们可以了解传输线的性能和特性，进而优化传输线的设计。
同时，S参数计算公式也可以用于传输线的故障诊断和故障定位，提高传输线的可靠性和稳定性。
传输线的S参数计算公式是一种重要的工具，可以帮助我们了解传输线的性能和特性。
通过计算S参数，我们可以得到传输线的反射系数、透射系数等重要参数，进而优化传输线的设计和分析。
在实际应用中，我们可以利用实验或仿真软件来计算传输线的S参数，以提高传输线的可靠性和稳定性。
传输线理论期末总结
传输线理论期末总结一、引言传输线理论是电磁场理论在电磁波传输中的应用，是电路理论与电磁场理论的结合。
传输线理论应用广泛，主要用于信号传输、功率传输、阻抗匹配等领域。
本篇总结将对传输线理论的基本原理、参数、特性等进行概述，以及在实际应用中的一些注意事项。
二、传输线的基本原理1. 传输线的基本结构传输线是由两个导体构成的均匀、无损耗的线路，通常是平行的。
传输线可以是平面的，也可以是三维的。
常见的传输线有两线制传输线（两根导线）、同轴线（内外两层金属导体）、微带线（介质模块和一侧有金属层）、光纤（传输光信号）等。
2. 传输线的特性阻抗传输线中的特性阻抗是指在线路的某一截面上，正向行波与反向行波之间的电压与电流之比。
特性阻抗是传输线的一个重要参数，对信号的传输和匹配等有重要影响。
常见的传输线有50欧姆的同轴线和75欧姆的同轴线。
3. 传输线的传输方程传输线的传输方程是描述传输线上电压和电流关系的微分方程。
根据传输线的结构和电磁学原理可以推导出不同类型传输线的传输方程。
传输方程可以由麦克斯韦方程组推导出来。
4. 传输线的传输特性传输线的传输特性是指传输线上电压、电流、功率等参数随时间和空间变化的规律。
传输特性包括传输速度、传播损耗、幅度响应、相位延迟等。
传输线的特性决定了信号在传输线上的传播过程和传输质量。
三、传输线参数的计算与分析1. 传输线的参数传输线的参数包括电感、电容、电阻和导纳。
这些参数在传输线建模和分析中起着重要作用。
电感和电容决定了传输线的频率响应和传输速度，电阻决定了传输线的传输损耗，导纳决定了传输线的阻抗匹配特性。
2. 传输线参数的计算传输线参数可以通过传输线的几何结构、介质材料和频率等因素计算得到。
例如，同轴线的电感和电容可以通过导体几何尺寸和介质材料的电学常数计算得到。
微带线的参数可以通过线宽、线距和介质材料等参数计算得到。
3. 传输线参数的分析传输线参数的分析可以用于评估传输线的性能和优化设计。
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4.1、普通直连导线的缺点
我们可以计算一下NEWCO模型的线路感抗（参考附录C中的 公式）：
Q值高达2.6，这表明，对于一个理想的阶跃冲激源，电路将 会有很严重的振铃和过冲现象，估算过冲电压最大可达到：
4.1、普通直连导线的缺点
当NEWCO模型的工作频率高于振铃频率时可能出现最大过冲， 振铃频率可按照4.7式计算：
如图4.3所示，串扰是由磁场变化 引起的。环路A电流会产生磁力 线，其中的一部分也同时穿 过了环路B。这样环路A中的电流 变化就会引起环绕环路B的磁通 量的变化，变化的磁通量将会在 环路B中引入噪声，称为串扰。 A 的电流和B的电压之间按照一个 恒定的比例变化，即LM（ A和B 之间的互感系数）。
4.1、普通直连导线的缺点
4.3.2 终端匹配 适当的终端匹配可以减小负载阻抗，置 R2(w)为 0，此时4.61 式简化为： 此时反射现象几乎完全消失。这是因为信号在末端被完全吸 收，不会反射回源端。只要使负载电阻ZL 等于传输线的特征 阻抗 Z0就可以使R2(w) 等于 0，从而消除反射。 对于工作在RC区域的长传输线，很难找到合适的终端匹配网 络。
参数G在绝大多数数字系统中都等于零。它用来表征电流的泄漏，因为在一个长的信号导线 中会有些潮湿或是不完全绝缘的情况。1GHz以下的印制电路板、带状电缆或室内的同轴电 缆的G都可以认为等于零。G假设为0代入公式4.27进行化简：
4.2 无限长传输线
4.2 无限长传输线
4.2 无限长传输线
图4.9为RG-58/U同轴电缆的传输系数 相对于频率的实数和虚数部分示意图。 1）频率低于R/L时，实数部分（衰减 的对数）和虚数部分（相位的弧度） 都和ω1/2成比例。 2）频率高于R/L时，虚数部分（即相 位）仍旧随频率的升高直线增长，而 实数部分基本保持不变。
电流变化率dI/dt的最大值与互感值相乘即可得串扰电压。因 为:
可以看到，仅仅是4in.距离的线就能产生460mV的串扰，而设计者通常可以把 10到20根线捆绑成一束，每一根导线的串扰都是线性相加的， 10根临近的导 线串扰可以达到50%，足以引起严重的错误。
4.2 无限长传输线
我们在这里主要讨论的传输线形式有同轴线、双绞线、微带 线、和带状线 （见图4.4）。
的级联电感（导体都这样），临近的导体之间也有共生的电容。 在传输线中，这些参数与导线的长度成比例，它们是否有良好 的匹配对信号的无失真传输有很大影响。
4.2 无限长传输线
由电磁场理论我们可以知道，传输时延等于： 如果按单位（比如英寸）来定义电感和电容，这样它们的乘 积的平方根就等于单位距离引起的时延（以秒作单位）。
4.2 无限长传输线
4.2.4 补偿效应 补偿效应是一种物理现象，它导致相临线路方向相反的电流 相互靠近，这种现象是由于磁场的变化引起的，仅仅影响高 频电流，直流电的磁场稳定，因此不会出现补偿效应。
补偿效应象趋肤效应一样 改变电流的密度，表现在 阻抗上就是对高频段的阻 抗影响很大，但不同于趋 肤效应，补偿效应并非随 频率升高而加剧，在频率 较低时补偿效应可以达到 平衡。
NEWCO的拐点频率为250MHz（拐点频率在公式1.1中定义）， 远高于NEWCO模型的振铃频率，因此该电路的振铃现象非常 严重。（当电路的拐点频率等于振铃频率时，振铃将减弱一 半，更低的拐点频率可以使振铃更弱。）
4.1、普通直连导线的缺点
4.1.2 直连导线的EMI（Electromagnetic Interference电磁干扰） 信号产生的磁场与环路面积是成正比的，对于环形线圈，其 电流环路面积很大，在信号变化很快时产生瞬变磁场，从而 引入严重的电磁干扰问题。 传输线则通过抑制信号电流明显降低了 EMI。使用普通的导 线时，从逻辑门里驱动出来的电流经过信号线之后，可能从 电源线上返回，信号线和电源线之间的距离，或者说环路面 积可能达到几个英寸。
假设，一个阶跃电压V在导 线中传输，图 4.6演示了这 个电压随时间变化分别在电 缆的始端、点X和点Y处的波 形。在时间t0时阶跃电压经 过点X，过了 T秒以后，经 过点Y。在T时间内 X和Y之 间的电容充电，电压为V。
4.2 无限长传输线
可以看到特征阻抗 是一个常数，与频 率无关，阻抗的范 围一般为10Ω（电 缆的内部到外层之 间）到300Ω（电 视天线所用的一种 平衡结构）
4.3 源阻抗和负载阻抗的影响
4.3.3 源端匹配 采用适当的源端匹配，置 R1(w)为 0，此时4.61式简化为： 此时信号的二次反射在源端被完全吸收，不会反射回末端。 只要使源电阻 Zs等于传输线的特征阻抗 Z0就可以使 R1(w)等 于 0，从而消除反射。
4.3 源阻抗和负载阻抗的影响
4.3.4 缩短线长 尽可能缩短线长，使 为HX(w) 1，基本上消除信号衰减和相位 延迟，此时4.61变为：
图 4.2中的 PCB中，信号线在地 平面上 0.005in.， NEWCO采用 的模型布线都在地平面以上 0.2in.，其电流的环路面积比传 输线大40倍，对于同样的信号 上升时间，这个PCB发射出的 电磁场能量将比NEWCO模型要 低32dB。
4.1、普通直连导线的缺点
4.1.3 直连导线的串扰
在高速信号系统中串扰是一个主要问题。对于NEWCO电路， 假定有两个临近的平行环路，每个4in.× 0.2in高，环路间距 为0.1in。参考附录C中关于两条平行线的互感系数的计算公式， 我们可以计算其互感：
因为该线路互感与单根线的感抗相当，也就是说，两根线会 高度耦合，导致严重的串扰。
4.1、普通直连导线的缺点
4.2 无限长传输线
4.2.3.1 趋肤效应的空间分布
导体工作在低频时，其中的电 流分布是均匀的，也就是说， 电流在导体的中间和表层是相 等的。工作在高频时，导体中 的电流大部分分布在表面，在 中间几乎没有电流通过，如图 4.12所示。在高频时，电流传 播的导体层的平均深度，称为 “趋肤深度”:
其中：频率ω（单位弧度/秒）， 磁场渗透参数μ以及导体电阻 系数ρ
4.3 源阻抗和负载阻抗的影响
4.3 源阻抗和负载阻抗的影响
如果输入信号的上升时间足够长，就不会产生振铃现象，仅 当信号的上升时间能够与信号在传输线上的延迟相比较甚至 更小的时候，才会出现明显的过冲和振铃。下面我们讨论一 下怎样控制传输线上的反射。将方程4.52和4.53相结合，得：
4.3 源阻抗和负载阻抗的影响
4.2 无限长传输线
4.2 无限长传输线
4.3 源阻抗和负载阻抗的影响
4.3 源阻抗和负载阻抗的影响
4.3.1 传输线的反射
如图4.18所示，信号到达传 输线的始端时，一部分驱 动电压沿着传输线传播， 这部分电压所占 的比例是频率的函数，假 设为A（ ω），称为输入接 受函数， A（ ω）的值由源 阻抗ZS ，传输线阻抗（由 方程4.32计算）决定，如式 4.50：
4.1.1直连导线的信号失真 电路的Q值是单位振荡频率下能量的储存量与丢失量之比，已 知Q值的电路的过冲最大值可以由式4.3估算：
从经验上来讲，对于理想的阶跃冲激源输入， Q为1的数字电 路会产生16%的过冲，如果Q值上升到2，则过冲增加到44%， Q值低于0.5的数字电路则很少产生过冲或者振铃。 当电路的感抗已知时，很容易计算电路Q值。直连导线的最基 本的问题就在于感抗太高，电路的线路感抗高，容性负载比较 大，导致电路的Q值就相对较高。
第五次组会
华为高速数字电路设计
2014.11.12
第四章 传输线
1、普通直连导线的缺点 2、无限长传输线 3、源阻抗和负载阻抗的影响 4、特殊传输线 5、传输线阻抗和传播延迟
4.1、普通直连导线的缺点
在高频数字电路中，传输线的性能优于普通的直连导线，主 要体现在： 1、信号变形小； 2、电磁干扰很小； 3、信号串 扰少。 同时传输线也有它的缺点，例如需要更高的驱动功率，但在 高速数字电路中，信号的性能是最重要的，因此传输线的使 用也是必然的。
4.1、普通直连导线的缺点
4.1普通直连导线的缺点 NEWCO公司曾经为其高速处理器建立过一个模型， NEWCO认 为使用PCB不仅成本很高，而且PCB的生产也需要花很长时间， 因此NEWCO使用直连导线技术。以下列出了这些信号网络的 特性：
下面我们来分析一下这个模型的性能：
4.1、普通直连导线的缺点
4.2 无限长传输线
4.2.2 有损耗的传输线 理想的传输线是零电阻的。但实际上导线总是会有一些小的 串联电阻，这些电阻会导致传输信号的衰减和失真。这一节 我们来讨论如何计算传输线的电阻和它所引起的衰减。
4.2 无限长传输线
传输线的串联电阻使线上传输的信号衰减和变形，在距离信 号传输起点X处的信号衰减，相移和频率的关系如式4.27所示， 该式仅适用于无限长的传输线，其他类型的传输线不符合该 式，我们将在4.3节讨论。
4.2 无限长传输线
4.2 无限长传输线
4.2.3 趋肤效应
图4.10为RG-58/U电缆的电阻 -频率函数（使用log-log表 示），该图同时也示明了感 抗ωL-频率函数。 信号频率低于ω=R/L时，阻 抗超过感抗，线缆表现为RC 传输线（容性阻抗随频率而 变化，非线性相移），信号 频率高于ω=R/L时，线缆表 现为低损耗传输线（容性阻 抗为常数，线性相移）。 当信号频率超过0.1MHz时串 联电阻开始增加，导致信号 的衰减，但相移是线性的。 这种串联电阻增加的现象称 为趋肤效应。
4.1.1直连导线的信号失真
NEWCO认为，由于模型的平均线长接近该临界参数，他们的 模型基本上是一个集中的模型，因此电路不会出现或者只是轻 微的振铃，实际结果表明这种预测是错误的。 集中参数电路很少振铃，分布式电路在没有做好匹配的情况下 通常都会出现振铃，这是受电路的Q值影响的。
4.1、普通直连导线的缺点
4.2 无限长传输线
4.2.1 理想的无失真、无损耗传输线