(完整版)第一讲传输线基本理论

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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。

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。

第二讲(传输线理论)

认识传输线
2、微带线夹在两个接地平板之间的信号线叫做带状线；未夹在两个接地平板之间的信号线叫做微带线。
认识传输线
3、双线传输线双线传输线由两根圆柱形导线构成，如下图所示。双线传输线是开放的系统，当工作频率升高时，其辐射损耗会增加，同时也会受到外界信号的干扰。相隔固定距离的双导线上由导体发射的电和磁力线可以延伸到无限远，并影响附近的电子设备。由于导线系统像一个大天线，辐射损耗很高，所以是有限制地应用在射频领域。
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。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。
认识传输线

பைடு நூலகம்
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。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。

传输线讲座

传输线基本理论

§2-1 引言

一、传输线的种类

用来传输电磁能量的线路称为传输系统，由传输系统引导向一定方向传播的电磁波称为导行波。和低频段不同，微波传输线的种类繁多。按其上传播的导行波的特征可分为三大类：①TEM（transverse E&M）波传输线。如平行双线、同轴线以及微带传输线（包括带状线和微带）等；②波导传输线。如矩形波导、圆柱波导、椭圆波导及脊波导等；③表面波传输线。如介质波导、镜像线及单根线等等。各类传输线示于图2-1-1 中。

图2-1-1

微波传输线不仅能将电磁能量由一处传送到另一外，还可以构成各种各样的微波元件，这与低频传输截然不同。不同的频段，可以选不同类型的传输线。对传输线的基本要求是：损耗小、效率高；功率容量大；工作频带宽；尺寸小且均匀。

二、分布参数的概念

长线的概念

“长度”有绝对长度与相对长度两种概念。对于传输线的“长”或“短”，并不是以其绝对长度而是以其与波长比值的相对大小而论的。我们把比值l /λ称为传输线的相对长度。当l /λ接近于1时，称长线。

在微波领域里，波长λ以厘米或毫米计。虽然传输线的长度有时只不过是几十厘米甚至几个毫米，比如传输频率为3GHz 的同轴电缆虽只有半米长，但它已是工作波长的5 倍，故须把它称为“长线”；相反，输送市电的电力传输线（频率为50Hz）即使长度为几千米，但与市电的波长（6000 千米）相比小得多，因此只能称为“短线”而不能称为“长线”。

传输线理论是研究“长线”的，故又称作长线理论。

我们用图2-1-2 所示线上的电压（或电流）随空间位置的分布状况来说明长、短线的区别。图a 示出的是半波长的波形图，AB 是线上的一小段，它比波长小许多倍。由图可见，线段AB 上各点电压（或电流）的大小和相位几乎不变，此时的AB 应视为“短线”。

第1章传输线方程(新1.1 1.2)讲诉

z
至此，我们完整地推导并得到了一般传输线方程（或电报方程）：
v( z, t ) z
i( z, t ) z
i( z, t)
Rli(z, t) Ll
t
v( z, t )
Gli(z, t) Cl
t
（1-1）
2）时谐均匀传输线方程
第一章传输线理论
a）时谐传输线方程电压和电流随时间作正弦变化或时谐变化，则电压和电流的瞬时值可用复数来表示：
ZL
z
注意上式在展开的时候，忽略了高次项。
则线元z上，电压的变化为
v(z,t) v(z z,t)
v(z,t) z z
z=0 z‘
z z+z
i(z,t)
+
v(z,t) _
Rlz
Llz Glz
z
z‘=0 i(z+z,t)
+ v(z+z,t) Clz _
z
z传输线上的等效电路
v(z,t) v(z z,t)
*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

传输线理论习题讲解

传输线特性阻抗计算式在理想或损耗很小情况即r0g0时对于同轴线所以同轴线特性阻抗为lnln60ln3162525求题25图中所示各电路的输入端反射系数和输入阻抗zzzzzzjtgzzzzzzzjtgzzz100200100200200400cossinzzjtgzzjtgzzz400200140020032550255050100251005010050zzzz26一无耗线终端阻抗等于特性阻抗如图所示
Pz
1
U
2 max
K
0.2
w
2 Z0 即为负载吸收功率。
or
PL
1 2
U
I
U 2
I 2
2
U min
2
Umin 2
82
0.2 w
ZL
2ZL 2160
20
2-14 均匀无耗线电长度为 l ，终接归一化负载阻抗 Z，L 输入端的归一化阻抗为 Z，in 利用原图求表题2-14中的未知量。
序号 Yin
Zin
l
ZL
r 2 2
1 1+j1.15 0.43-j0.50 0.125 1.95-j1.3 0.49 30o 2.83
2 1-j1.15 0.43+j0.5 0.25 1-j1.15 0.5 60o 2.95
1 3
in
z'
1 e j 1

微波网络讲义(第一章西电褚庆昕)

微波网络第一讲褚庆昕
Xidian University
17
传输线等效电路
Z0
单模传输
Z01 Z02
M
Z0m
m模传输
微波网络第一讲褚庆昕
Xidian University
18
1.3 不连续性的处理（1）
• 当波从一传输线入射到一不连续性区域时，一部分反射回传输线，其余部分通过不连续性区域传输到其他传输线，同时在不连续性区域激发出高次模，这些高次模在传输线中为截止波，所以很快衰减掉。这样在不连续性附近就形成了一个能量存储区，相当于电抗元件。 • 以网络的观点，不连续性区域可以看作连接传输线的网络。在传输线上适当的选取参考面T，不连续性区域可以等效为一多端口网络。
微波网络第一讲褚庆昕 Xidian University 13
1.2 传输线的处理（1）
• 各种各样的传输线尽管横截面的构成各不相同，传输的模式也不一样，但有一个特点是共同的，即横截面沿纵向分布是不变的； z • 传输线问题可以分解为横向问题和纵向问题。
微波网络第一讲褚庆昕 Xidian University
10
7
9
6
11
8 5
1
2
3 4
Xidian University
7
微波通信系统 Communication System

微波技术基础修订版教学设计

一、课程背景

微波技术是一门独立的学科，其在通信、雷达、导航等领域具有广

泛的应用。本课程旨在让学生从理论认识微波技术到应用实践中掌握

该领域的相关知识。

二、教学目标

1.掌握微波技术的基本概念、原理、特点及其在通信、雷达、

导航等领域中的应用。

2.熟悉微波电路的设计方法和基本系统的组成。

3.深入了解微波射频器件的特性、制作工艺和测试方法。

4.掌握微波天线的基本概念、特点和设计方法。

5.能够独立完成一个简单的微波电路设计和测试实验。

三、教学内容

第一讲微波天线和传输线理论基础

1.微波信号的基本特性。

2.微波天线的基本理论和特点。

3.传输线的基本理论和应用。

4.实验：基本传输线参数的测试。

第二讲微波导波管和铁氧体元器件

1.微波导波管的基本原理和性能。

2.铁氧体元器件的基本结构和特性。

3.微波开关和滤波器的设计和实现。

4.实验：微波导波管和铁氧体元器件的特性测量。

第三讲微波功率放大器和混频器

1.微波功率放大器和混频器的基本原理和实现方法。

2.微波功率放大器和混频器的组成和工作原理。

3.微波混频器的设计和实现。

4.实验：微波功率放大器和混频器的特性测量。

第四讲微波射频器件和调制解调技术

1.微波射频器件的制作工艺和特性。

2.微波射频调制解调技术的基本原理和应用。

3.实验：微波射频器件的制作和调制解调实验。

四、教学方法

本课程采用理论讲授和实验实践相结合的方式，采用小组讨论、课

堂互动等教学方法，强调学生的参与和自主学习。理论讲解中重点讲

解微波技术的基本概念、原理和特点；实验部分强调实践能力的培养，学生需按照实验指导书进行实验操作，重点是实验数据的处理和结果

2-传输线理论(第2讲)_第二部分

2013-9-26
东南大学电磁兼容研究室
22
传输线端接三种典型状态（开路、短路、负载）下的反射系数
终端开路终端短路终端匹配
2013-9-26
东南大学电磁兼容研究室
23
传输线端接三种典型状态
（开路、短路、负载）下的反射系数
终端开路的传输线，ZL→∞，得：ρ& =+1，
表示开路传输线在终端产生同相全反射；
东南大学电磁兼容研究室
19
反射系数
传输线上任一点的电压反射系数为该点的反射电压波与入射电压波之
比。
也可以用反射电流波与入射电流波之比来定义，称为电流反射系数。
电流反射系数与电压反射系数相差180o 。
由于电压反射系数更便于测量，因此若不特别说明，反射系数均指电
压反射系数，并用符号表示，它是一个幅值不大于1的复数。
Z& i 0
=
Z&L Z&C
+ +
jZ&Ctgβl jZ& L tgβl
⋅ Z&C
=
jZ&Ctgβl
上式表明无损耗短路线的输入阻抗是纯电抗。
tgβl既可为正，也可为负，即短路线输入阻抗
可能呈容性或者感性。
2013-9-26
东南大学电磁兼容研究室

微波技术(第二版)

微波技术（第二版）
20xx年高等教育出版社出版的图书
01 成书过程
03 教材目录 05 获得荣誉
目录
02 内容简介 04 教学资源 06 作者简介
《微波技术（第二版）》是由赵春晖、张朝柱、廖艳苹、崔颖编著，高等教育出版社于2020年6月11日出版的“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材、iCourse·教材。该书可作为高等学校电子信息类专业（包括电子信息工程、通信工程、电子科学与技术等专业）的教材或参考书，也可供从事微波工程、电磁测量、无线电技术等领域工作的技术人员参考。
教材目录
（注：目录排版顺序为从左列至右列）
教学资源
《微波技术（第二版）》有配套的慕课——“微波技术”。
获得荣誉
2021年9月26日，《微波技术（第二版）》被国家教材委员会授予首届全国教材建设奖全国优秀教材（高等教育类）二等奖。
作者简介
赵春晖，男，1965年出生，工学博士，哈尔滨工程大学信息与通信工程学院教授，硕士生、博士生导师。黑龙江省优秀中青年专家，全国优秀教师，国家级教学名师。
第二版修订情况如下：
2020年6月11日，《微波技术（第二版）》由高等教育出版社出版发行。该书的出版得到了高等教育出版社和哈尔滨工程大学等单位的支持和帮助。
内容简介
百度文库
《微波技术（第二版）》共8章，第1章绪论介绍了微波的基本概念和特性，以及微波技术发展和应用领域；第2章从“路”的观点出发，讲述了传输线的基本理论，介绍了反射系数、驻波比、输入阻抗、阻抗圆图和阻抗匹配等概念；第3章从“场”的观点出发，讲述了波导、同轴线、带状线和微带线等典型微波传输线的一般理论和特性，给出了常用的电磁波型、场分布和相应参数等；第4章采用“场”与“路”相结合的方法，讲述了微波络的基本理论，其中包括微波络参量、络矩阵和工作特性参量；第5章介绍了各种常用微波元件的工作原理和应用；第6 章讲述了微波谐振器的分析方法、基本参量、基本特性及其等效电路；第7章讲述了微波滤波器的基本原理和设计方法，给出了设计实例；第8章介绍了常用微波仿真软件HFSS的使用方法和设计范例。

1-传输线理论(第1讲)

传输线理论

（y）Transmission Line Theory

第一部分传输线

1.1 传输线的波动方程

1.2 无损耗双线传输线

131.3 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

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。

几种典型的同轴电缆

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

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。

微波技术基础讲义1

Z0 , , l
Zin
Zl

开路
等效
Z in jZ 0 cot l

短路
等效
Z in jZ 0 tan l

宽频带的开路和短路很难做到
微波技术基础
微波特点——电阻

低频时

R=RDC

高频时

R=RAC
微波技术基础
微波特点——电容

低频时

高频时
（对数坐标系）

C越大—>Fr越低—>可使用的频率越小
微波技术基础
课程主要教学内容
传输线理论和阻抗匹配概念，掌握传输线电路模型、端接任意负载时传输线的特性，史密斯圆图及其在阻抗匹配方面的应用，宽带匹配理论的设计实现；微波网络基础和微波网络矩阵分析法；波导及同轴线等简介
微波技术基础
参考书目与学习方法
参考书目
《微波工程》（第三版），《Microwave Engineering》， [ 美 ]David M.Pozar，电子工业出版社，2006 陈振国，《微波技术基础与应用》，北京邮电大学出版社闫润卿等，《微波技术基础》（第2版），北京理工大学出版社焦其祥等，《电磁场与电磁波》，科学出版社，2004
工作频段向高频段发展
手术治疗
微波技术基础
典型射频收发信机框图

第一讲长线效应

对频域方程两边求导：
d 2U dI = −Z = ZYU = γ 2U dz 2 dz 2 d I = −Y dU = ZYI = γ 2 I dz 2 dz
U ( z ) = A1e −γ z + A2 eγ z I ( z ) = B1e−γ z + B2 eγ z
1 A1 = e j β l (U l + Z 0 I l ) 2 A = 1 e − j β l (U − Z I ) l 0 l 2 2
1 1 U ( z ) = (U l + Z 0 I l )e j β ( l − z ) + (U l − Z 0 I l )e − j β ( l − z ) 2 2 I ( z ) = 1 (U l + Z 0 I l )e j β (l − z ) − 1 (U l − Z 0 I l )e − j β (l − z ) 2 z0 2 z0
终端边界条件
1 1 U ( z ) = (U l + Z 0 I l )e j β (l − z ) + (U l − Z 0 I l )e − j β (l − z ) 2 2 I ( z ) = 1 (U l + Z 0 I l )e jβ (l − z ) − 1 (U l − Z 0 I l )e − jβ (l − z ) 2 z0 2 z0

第一章传输线理论

1-1.什么叫传输线？何谓长线和短线？

一般来讲，凡是能够导引电磁波沿一定方向传输的导体、介质或由它们共同体组成的导波系统，均可成为传输线；长线是指传输线的几何长度l远大于所传输的电磁波的波长或与λ可相比拟，反之为短线。（界限可认为是l/λ>=0.05）

1-2.从传输线传输波形来分类，传输线可分为哪几类？从损耗特性方面考虑，又可以分为哪几类？

按传输波形分类：

（1）TEM（横电磁）波传输线

例如双导线、同轴线、带状线、微带线；共同特征：双导体传输系统；

（2）TE（横电）波和TM（横磁）波传输线

例如矩形金属波导、圆形金属波导；共同特点：单导体传输系统；

（3）表面波传输线

例如介质波导、介质镜像线；共同特征：传输波形属于混合波形（TE波和TM 波的叠加）

按损耗特性分类：

（1）分米波或米波传输线（双导线、同轴线）

（2）厘米波或分米波传输线（空心金属波导管、带状线、微带线）

（3）毫米波或亚毫米波传输线（空心金属波导管、介质波导、介质镜像线、微带线）

（4）光频波段传输线（介质光波导、光纤）

1-3.什么是传输线的特性阻抗，它和哪些因素有关？阻抗匹配的物理实质是什么？

传输线的特性阻抗是传输线处于行波传输状态时，同一点的电压电流比。其数值只和传输线的结构，材料和电磁波频率有关。

阻抗匹配时终端负载吸收全部入射功率，而不产生反射波。

1-4.理想均匀无耗传输线的工作状态有哪些？他们各自的特点是什么？在什么情况的终端负载下得到这些工作状态？

（1）行波状态：

0Z Z L =，负载阻抗等于特性阻抗（即阻抗匹配）或者传输线无限长。

讲3传输线的特性参数1

u( z) Z ( z) = i( z)
u( z' ) Z ( z' ) = i( z ' )
u( z) Z ( z) = i( z) u( z' ) Z ( z' ) = i( z ' )
反射系数失配时反射波与入射波的比值
u − ( z) Γ( z ) = + u ( z) u − ( z' ) Γ( z ' ) = + u ( z' )
第1章章
1.1 引言
传输线理论
1.2 传输线方程及其解 1.3 传输线的特性参量 1.4 均匀无耗传输线的工作状态分析 1.5 smith圆图圆图 1.6 传输线的阻抗匹配 1.7 smith圆图的计算机解圆图的计算机解 1.8 微带传输线
1、集总参数电路与分布参数电路、 2、均匀长线的等效电路、 3、R、L、C、G代表什么？、、、、代表什么代表什么？ 4、均匀传输线方程（电报方程）。、均匀传输线方程（电报方程）。 5、复数电压的通解，写出入射波与反射波部分。、复数电压的通解，写出入射波与反射波部分。 6、复数电流的通解，写出入射波与反射波部分。、复数电流的通解，写出入射波与反射波部分。 7、如何理解特性阻抗？、如何理解特性阻抗？ 8、什么情况下没有反射波？、什么情况下没有反射波？
u + ( z ' ) 1 + Γ( z ' ) 1 + Γ( z ' ) = + ⋅ = Z0 1 − Γ( z ' ) i ( z ' ) 1 − Γ( z ' )

第一讲天线基本原理

一、天线问题的本质

研究天线问题实质上就是研究天线所产生的空间电磁场分布，以及由空间电磁场分布所决定的天线特性。空间任何一点的电磁场满足电磁场方程——麦克斯韦方程及其边界条件。

天线和电磁场问题的关系是：天线问题是电磁场问题的一种形式，但电磁场问题并不全是天线问题。

二、电磁场基本方程

1．麦克斯韦方程

麦克斯韦方程的物理含义：变化的电场可以产生磁场，变化的磁场可以产生电场，这是电磁波可以脱离辐射体在空间存在的物理基础。

这一基本思想还具有深刻的哲学含义。我们知道按照辨证唯物哲学，世界是物质的，物质是不依赖于人的意识的客观存在。电磁波也是这样的一种东西。它虽然看不见摸不着，但它是客观存在。

[思考] 微波炉中的一盘鸡，看不见有火苗，是谁把它烤熟了？就是这种看不见摸不着，但却客观存在并包含能量的电磁波！

2．边界条件

两种不同媒质的分界面，媒质参数会发生突变，引起某些场分量的不连续。电磁场边界条件是：

从哲学的含义来理解，自然界不存在任何无限大的事物，任何事情都仅具有相对的意义；一个池塘里的水很多，但它总有边界；大海里的水虽多，它也是有限的；宇宙的大气层也终究有它的平流层和对流层的界限；边界条件则反映了电磁场的界限。

根据电磁场边界条件，在媒质分界面处电场的切向分量和磁场的法向分量是连续的。这是非常重要的概念。从天线的辐射场结构中可以清楚地体现这一概念。

[思考] 在天线导体和大气空间中，尽管导体和大气中的电场满足不同的分布规律，导体中电场集中在导体边缘，而大气中的电场则呈瑞利指数分布，但是在导体和大气分界面处的导体和空间切向电场，二者却是完全相同。这是为什么？