第5章传输线理论1
第五章 传输线理论
I
2r
由上式可以看出，在内外导体之间的媒质中，
有电磁功率从电源流向负载。
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穿过横截面功率为：P
b a Sav dS
b a ez
UI
4r 2 ln
b
er
2rdr
1 UI 2
a
根据同轴线内外导体间的电磁场计算出来的能 量流动功率与电路理论中计算的结果一致。
z 0
z
则： z U ( z) U 2 I 2 Z 0 ez U 2 I 2 Z 0 ez
2
2
o
（365.9）27
I ( z) U 2 I 2 Z 0 ez U 2 I 2 Z 0 ez
2Z0
2Z0
33 26
（5.10） 也可改写为：U (z) U 2 coshz I2Z0 sinh z
1、均匀传输线：
Zg
Zl
Eg ～
指传输线的几何尺寸、相对位置、导体材料 及周围媒质特性沿电磁波传输方向均不改变。
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4
2、单位长度的分布参数：
单位长度的分布电阻： R
m
欧每米
单位长度的分布电感： L
H
亨每米
m
单位长度的分布电导： G
S m
单位长度的分布电容：C
F m
西每米 法每米
3、双线传输线的等效电路：I Ldz Rdz
l 2 r
18
E
er
U r ln( b a)
ar b
H
e
I
2r
安培环路定律
z 在截面上任一点 P(r,, z) 处,因
传输线理论
传输线理论
传输线理论是电子和电力学中不可缺少的一部分，是计算、传输和处理信号的基本装置。
它会把发送信号过程中的电能储存在某一部分线路中，当信号到达时会释放电能，从而得到期望的信号结果。
传输线理论的基本原理是以电流为媒介的波形的传输。
当一个电流的信号（如果根据电磁学规律，一个电流信号存在时就会改变一个向量磁场）流经一根线路时，会在线路中传播，形成一种叫做“振荡”的效果，即电压和电流会在线路中持续发生变化。
如果电流的变化速度足够快，线路就会模拟出一定的波形。
在现代电子设备中，传输线理论的实际应用很常见。
它使用各种导线和组件，如电容器、电感器和变压器，来设置不同的参数，让信号在线路中持续传播，从而发挥它的作用。
以电路中常用的电容为例，它会把信号中的高频分量存储起来，从而达到平滑波形，而且把低频分量等发射出去。
传输线理论在电子行业中的另一个重要作用就是保护电子设备
免受不良外界环境影响。
它可以把外界来自电磁波或其他因素的高频影响抑制住，这样就可以有效减少对设备的损害，保证设备的稳定性和可靠性。
此外，传输线理论还被用在很多有趣的实验方面。
例如，通过结合人工智能技术，在一条电线上建立一种“传输线神经网络”，可以模拟人的神经元，来实现识别和分类等复杂的运算任务。
总之，传输线理论是电子和电力学中非常有用的理论，它可以有
效提高电子设备的工作性能，增强设备的耐受性，以及应用在实验方面，这些都给现代电子领域带来了非常重要的技术支持。
电信传输考试资料
第一章电信传输的基本概念1、什么是通信、电信和电信传输？电信号有哪些种类？各有什么特征？答：从广义上说，无论采用何种方法，使用何种传输媒质只要将信息从一地传送到另一地，均可称为通信。
电信号按照不同的角度可有不同的分类，按照电信号传载信息的形式的不同，可分为：模拟信号和数字信号两种类型。
模拟信号，是指模拟、仿照原有消息变化的电信号，这种信号的幅度变化是时间的连续函数；数字信号在时间上和幅度上的取值都是离散的。
数字信号在传输上有很多优点，最主要的是它的抗干扰性强。
由于它是以1、0两种状态传输的，在接收端只要正确地判断是“1”或者是“0”，就等于完全取消了干扰。
5、以功率电平为例，请简述正电平、负电平和零电平的意义。
答：由定义知，当0x P P =时，电平为零，其含义是该点的功率等于基准功率。
当0x P P <时,电平是负值,其含义是该点的功率小于基准功率。
当0x P P >时,电平是正值，其含义是该点的功率大于基准功率。
对于绝对功率电平来说，因为基准功率是lmw ，所以当1x P m W >时，电平是正值，当1x P m W =时。
电平是零值，当1x P m W <时，电平是负值。
6、试简述绝对电平和相对电平的意义以及两者之间的关系。
答：所谓某点的电平，是指电信系统中某一信号的实测功率（或电压、电流）值与某参考点的信号功率（或电压、电流）之比的对数值，某参考点的信号功率（或电压、电流）又称为基准功率（或基准电压、基准电流）。
需指出的是：基准功率是基本不变的，而基准电压或基准电流则是根据在某一阻抗上所获得的基准功率来确定的。
当阻抗变化时，基准电压或基准电流也要随之而变化。
求相对向平时所取的基准是不固定的，被测量值和基准是相对的，而绝对电平的基准是固定的。
在电话通信中，绝对电平的基准参考点的阻抗0600R =Ω，功率是01P m W =时，就可分别计算出绝对电压电平的基准电压和绝对电流电平的基准电流。
微波技术基础电子科大第12次课
低频的集总参数带通滤波器，关心每 一个元器件的值，与传输线无关。
分布参数电路与集总参数电路的区别
分布参数电路：当元器件的尺寸与波长可比拟时， 电磁场（幅度相位）不仅随时间变化，而且同时随 空间位置变化，电磁波在电路中传输的滞后效应显 著。传输线就不能再简单的认为只是电路上两点之 间的连接方式，而应该等效为具有分布参数的电路 网络，线上各点的电位不同，处处有储能和损耗， 导体上存在有损耗电阻、电感，导体间存在分布电 容和漏电导。在设计时必须把传输线作为电路的一 部分来考虑。
TEM模的一个重要特性就是电磁场垂直于传播方向，场 分布与静场相同，电压、电流和特性阻抗可以由电磁场 唯一确定。另外，传输线参数，如，单位长度的电感和 电容等也可以由电磁场唯一定义，这样，传输线理论就 把集总参数电路理论用来解决一般的电磁场问题（化场 为路）。 最后，矩形波导，圆波导和槽线支持的是非TEM模，单 导体系统也无法确定对应电压波和电流波。在这次课， 我们只研究TEM模传输线的分布参数电路理论，对于波 导系统的分布参数理论在以后的课程中介绍。
专业资料发电厂发电厂用户家中用户家中交流电频率fis50hz波长llis5??106m传输线的形式1专业资料集成电路微带线带状线通孔从此处截面pcb基板tw上图的横截面t信号微带地地电源信号带状线信号带状线地地电源信号微带铜导线copperplanefr4基板w信号频率f5ghz波长ll6cm微带线带状线传输线的形式2专业资料?选择何种形式的传输线必须根据其应用场合和目的例如用于传输兆瓦级电磁能量的高功率传输线必须具有高功率容量和低损耗特性一般都非常笨重
传输线的参量
每个单元均可由L1，C1，G1，R1四个参数来决定。 L1表示导体的自感，与单位长度传输线内存储的磁 能时均值相关。 C1表示导体之间的电容耦合，决定于导体的接近程 度，与单位长度传输线内存储的电能时均值相关。 G1表示由介质引起的单位长度的传输线上的功率耗 散的时均值。 R1表示由金属的有限导电率引起的传输线上的功率 损耗的时均值。 G1，R1表示的是传输线的衰减（损耗）参量。
传输线理论
传输线理论
四、输入阻抗
传输线终端接负载阻抗ZL时，距离终端z处向负载方向看 去的输入阻抗定义为该处的电压U (z)与电流I (z)之比，即
Z in
(
z
)
=
U (z) I (z)
均匀无耗传输线
传输线的输入阻抗
Zin (z)
=
U2cosβ z + sinβ z
jU 2 Z0
jI 2Z0sinβ z + I2cosβ z
长线
分布参数电路
(Long Line)
考虑分布参数效应
短线
集中参数电路
忽略分布参数效应
(Short Line)
当频率提高到微波波段时，这些分布效应不可忽 略，所以微波传输线是一种分布参数电路。这导致 传输线上的电压和电流是随时间和空间位置而变化 的二元函数。
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
传输线理论
输入阻抗与反射系数间的关系
Z in
(z)
=
U (z) I (z)
=
Ui Ii
(z)[1+ Γ(z)] (z)[1- Γ(z)]
=
Z0
1+ Γ(z) 1- Γ(z)
负载阻抗与终端反射系数的关系
1+ Γ2 ZL = Z0 1- Γ2
上述两式又可写成
Γ(z)
=
Zin(z) - Z0 Zin(z) + Z0
= =
Ui Ui
+ Ur - Ur
= Ui (1+ Γ = Ui (1- Γ )
)
驻波比与反射系数的关系式为
传输线基本理论课件
dz
式中, Z=R+jωL, Y=G+jωC, 分别称为传输线单位
长串联阻抗和单位长并联导纳。
均匀传输线
均匀传输线方程的解 将式（1- 5）第1式两边微分并将第 2 式代入,得
d
2U (z) dz2
ZYU
(z)
0
同理可得
d
2I (z) dz2
ZYI
(z)
0
令γ2=ZY=(R+jωL)(G+jωC), 则上两式可写为
Z0=
L C
此时, 特性阻抗Z0为实数, 且与频率无关。
②当损耗很小, 即满足R<<ωL、 G<<ωC时，有
均匀传输线
Z0
R jwL G jwC
L (1 1 R )(1 1 G ) C 2 jwL 2 jwC
L [1 j 1 ( R c )] L C 2 wL wc C
可见, 损耗很小时的特性阻抗近似为实数。
1、2 均匀传输线
由均匀传输线组成的导波系统都可等效为如图 （a）所示的均匀平行双导线系统。其中传输线的始 端接信源, 终端接负载, 选取传输线的纵向坐标为z, 坐标原点选在终端处, 波沿－z方向传播。在均匀传 输线上任意一点z处, 取一微分线元Δz, 该线元可视 为集总参数电路, 其上有电阻RΔz、电感LΔz、电容 CΔz和漏电导GΔz(其中R, L, C, G分别为单位长电阻、 单位长电感、 单位长电容和单位长漏电导),得到的 等效电路如图（b）所示, 则整个传输线可看作由无 限多个上述等效电路的级联而成。有耗和无耗传输 线的等效电路分别如图（c）、（d）所示。
一般概念
微波：指频率在300MHz-3000GHz频段的无线电波 特点：介于超短波和红外线之间，波长很短 似光性：具有反射、直线传播、集束性 穿透性：可穿透云、雾、雪 宽频带性：传输信息多 热效性：可使物体发热 散射特性：向除入射方向之外的其它方向散射
传输线理论
传输线理论1 引言传输电磁能量和信号的线路称为传输线。
传输线包括TEM 波传输线、波导传输线和表面波传输线。
本教材讨论TEM 波传输线（如双线、同轴线）的基本理论。
这些理论不仅适用于TEM 波传输线,而且也是研究TEM波传输线的理论基础。
TEM波即横电磁波，其特征是E z=0、H z=0，因此电磁场只有横向分量E T、H T，即TEM波只有垂直于传输方向的横向分量。
但应注意到TEM波的场不是静场，而是随时间t及纵座标z波动变化的场。
研究传输线上所传输电磁波的特性的方法有两种。
一种是“场”的分析方法，即从麦氏方程组出发，解特定边界条件下的电磁场波动方程，求得场量（E和H）随时间和空间的变化规律，由此来分析电磁波的传输特性；另一种方法是“路”的分析方法，它将传输线作为分布参数来处理，得到传输线的等效电路，然后由等效电路根据克希霍夫定律导出传输线方程，再解传输线方程，求得线上电压和电流随时间和空间的变化规律，最后由此规律来分析电压和电流的传输特性。
这种“路”的分析方法，又称为长线理论。
事实上，“场”的理论和“路”的理论既是紧密相关的，又是相互补充的。
1.1 分布参数及其分布参数电路传输线可分为长线和短线，长线和短线是相对于波长而言的。
所谓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。
反之称为短线。
在微波技术中，波长以m或cm计，故1m长度的传输线已长于波长，应视为长线；在电力工程中，即使长度为1000m的传输线，对于频率为50Hz（即波长为6000km）的交流电来说，仍远小于波长，应视为短线。
传输线这个名称均指长线传输线。
有些传输线宜用“场”的理论去处理，而有些传输线在满足一定条件下可以归结为“路”的问题来处理，这样就可以借用熟知的电路理论和现成方法，使问题的处理大为简化。
长线和短线的区别还在于：前者为分布参数电路，而后者是集中参数电路。
在低频电路中常常忽略元件连接线的分布参数效应，认为电场能量全部集中在电容器中，而磁场能量全部集中在电感器中，电阻元件是消耗电磁能量的。
微波技术长线理论
当接通电源后, 电流通过分布电感逐级向分布 电容充电形成向负载方向传输的电压波和电流波， 即，电压和电流是以波的形式在传输线上传播并 将能量从电源传至负载。
思考题： 1. 什么叫传输线？微波传输线可分为哪几类？ 2. 何谓“长线”、“短线” ？举例说明。 3.什么叫分布参数电路？它与集中参数电路 在概念和处理手法上有何不同？
线”。显然，微波传输线属于“长线”的范 畴，
故本章称为 “ 长线理论 ” ， 即微波传输 线
2. 分布参数与分布参数电路
长线和短线的区别还在于： 长线为分布参数电路, 短线为集中参数电路。 低频电路中, 电路元件参数(R、L、C)基本上 都集中在相应的元件(电阻、电感器、电容器)中， 称为集中参数。 电路中还存在着元件间连线的电阻、电感和 导线间的电容等，称为分布参数。 低频电路中, 分布参数的量值与集中参数相比， 微乎其微, 可忽略不计。低频传输线为短线, 在电 路中只起连接线作用。低频电路为集中参数电路。
高频信号通过传输线时会产生以下分布参数：
导体周围高频磁场→串联分布电感； 两导体间高频电场→并联分布电容； 导线 有限，高频电流趋肤效应→分布电阻； 导体间非理想绝缘→漏电→并联分布电导。
当双导线工作在微波波段时，分布参数的影响 不容忽视。
例：设双导线的分布电感 L0=0.999nH/mm， 分布电容 C0=0.0111pF/mm ;
3. 均匀传输线的等效电路
对于均匀传输线, 由于分布参数均匀分布，故可任 取一小段线元 dz<< 来讨论，dz可作为“短线”，即集
中 参数电路来处理, 并等效为一个集中参数的型网络。而 整个传输线就可视为由许多相同线元dz的等效网络级联 而成的电路，如图2-5所示。
传输线基本理论
令
16
C1 G1 + 2 L1
L1 C1
+ jω L1C1
γ = α + jβ
则
R1 2
(δ
= ±γ ) L1 C1
(2-2-12)
α=
10
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” 。如果频率升高了，虽然线段长 仍为 AB，但在某一瞬时其上各点电压（或电流）的大小和相位均有很大变 化，如图 b 所示，此时线段 AB 即应视为“长线” 。 前者对应于低频率传输线。它在低频电路中只起连接线的作用，因频率低， 其本身分布参数所引起的效应过错全可以忽略不计，所以在低频电路中只 考虑时间因子而忽略空间效应，因而把电路当作集中参数电路来处于是允 许的。后者对应于微波传输线。因为频率很高时分布参数效应不能再忽视 了，传输线不能仅当作连接线，它将形成分布参数电路，参与整个电路的 工作。因而传输线在电路中所引起的效应必须用传输线理论来研究。
C1 G1 + L1 2
(2-2-13a) (2-2-13b)
β = ω ห้องสมุดไป่ตู้1C1
于是式（2-2-10）的解可以表示为 e −γz 和 e γz 的线性组合，即
U = Ae −γz + Be γz
代入式（2-2-7）可得到电流解为 1 I= ( Ae −γz − Be γz ) Z0 其中
微波技术基础简答题整理
对于电场线，总是垂直于理想管壁，平行于理想管壁的分量为 对于磁场线，总是平行于理想管壁，垂直于理想管壁的分量为 （ P82）
0 或不存在； 0 或不存在。
2-10. 矩形波导的功率容量与哪些因素有关？ 矩形波导的功率容量与波导横截面的尺寸、模式（或波形） 导中填充介质的击穿强度等因素有关。 （P90）
工作波长 λ，即电磁波在无界媒介中传输时的波长， λ与波导的形状与尺寸无关。 截止波数为传播常数 γ等于 0 时的波数，此时对应的频率称为截止频率，对应的 波长则称为截止波长。它们由波导横截面形状、尺寸，及一定波形等因素决定。 波长只有小于截止波长， 该模式才能在波导中以行波形式传输， 当波长大于截止 波长时，为迅衰场。
2-2. 试从多个方向定性说明为什么空心金属波导中不能传输 TEM模式。※
如果空心金属波导内存在 TEM 波，则要求磁场应完全在波导横截面内，而且是 闭合曲线。 由麦克斯韦第一方程， 闭合曲线上磁场的积分应等于与曲线相交链的 电流。由于空心金属波导中不存在沿波导轴向（即传播方向）的传到电流，所以 要求存在轴向位移电流，这就要求在轴向有电场存在，这与 TEM 波的定义相矛 盾，所以空心金属波导内不能传播 TEM 波。
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？
4-5. 微波谐振器的两个主要功能是 储能 和选频 。
4-6. 无耗传输线谐振器串联谐振的条件是 Zin =0，并联谐振的条件是 Zin =∞。
第5章传输线理论1
常用TEM波传输线
TEM或准TEM 双导线、同轴
传输线
线、微带线、
带状线等
② 分 类
矩形、 封闭金属波导 圆形等
表面波波导 （开波导）
介质波导、 介质镜像线、
单根线等
(1)双导体 (2) 波导 (3) 介质传输线
损耗小
③要求
传输功率大 工作频带宽(合适）
尺寸小
2．导行波
导波：沿导行系统定向传输的电磁波
V (z) VL Z0 I L e z VL Z0 I L e z
2
2
I ( z) VL Z0 I L e z VL Z0 I L e z
2Z0
2Z0
z´
Z0
z ZL
e z 表示向- z′(+z)方向传播的波，即自源到负载方向的入射波；
e z 表示向+ z′(-z)方向传播的波，即自负载到源方向的反射波。
z, t) Rl z i(z, t) Ll z z, t) Gl z v(z,t) Cl z
i(z,t) t
v( z, t ) t
lim v(z z0
z,t) v(z,t) z
v( z, t ) z
v(z, t) z
Rl i(z, t)
i( z, t ) z
Gl v(z, t)
一般传输线方程（电报方程）
即传输线上存在两个方向传输的波。
对于负载阻抗 ZL
V (z ) I(z )
IL ZL 2 Z0 e z
IL
ZL Z0 2Z0
e
z
VL IL
ZL=Z0 ZL>Z0 ZL<Z0
IL ZL 2 Z0 e z
IL
传输线理论
传输线理论传输线理论是电气工程中最重要的理论之一。
它是一种电磁学理论，用来描述电磁信号在传输介质中的传播行为。
它被广泛应用在无线电、电路和系统的设计、制造和测量中，以及在描述航空电子、微波和激光利用传输介质的工作原理时也是被经常利用的。
传输线理论使用电气原理，主要关注和研究电磁波在传输线上传播的各种现象，它提供了一种非常有效的方法来描述、分析、设计和实现实际的电磁传输线系统。
传输线理论的基本原理就是电磁波在传播过程中沿着线路传播，由于线路的衰减和损耗，这种传播会很快的减弱。
此外，由于电磁波的共振效应，往往会形成有规律的反射现象，这也是传输线理论的基本特性之一。
从物理上来说，传输线是一种在电磁学中非常重要的传播介质。
它由一系列可以传播电磁波的导体构成，可以用于传输电能和信号，从而实现传播。
一般来说，传输线是按照不同的结构和尺寸分类的，其中通常有单线、双绞线和复合线等。
传输线理论涉及的电学基础知识主要有波形分析、频率响应和信号传输的基本原理。
其中，波形分析涉及波形的分析方法，频率响应则涉及频率响应的测量原理，而信号传输的基本原理则涉及电磁波的结构、传播过程及其影响因素。
传输线理论的应用很广泛，它可以应用在电路设计、电子产品设计、无线技术研究和通信技术研究等领域。
例如，它可以用来涉及无线信号传输、电缆、电网和无线传感网络的设计，也可以用来计算电路的线性和非线性参数，有助于优化其特性和性能。
此外，传输线理论也可以用于模拟传输线和信号源的工作原理，它可以模拟传输线中对信号传输的影响，从而评估系统的可靠性，并确定系统的最佳性能。
在实际应用中，传输线理论提供了一种精确测量和设计电磁传输系统的方法，可以很大程度上解决电磁波传输中的复杂性问题。
传输线理论提供的分析工具和方法也可以将实际应用中的电磁传输系统的性能和表现分析出来，有助于优化和实现电磁信号的传输。
总之，传输线理论是电气工程中重要的理论之一，它涉及众多的基本物理原理，如电磁波的传播和波形的分析，并应用在众多的领域，是电气系统设计中必不可少的理论。
第一章 传输线理论
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。
终端负载吸收全部的入射功率而不产生反射波。
在传输线上波的传播过程中，只存在相位的变化而没有幅度的变化。
（2）驻波状态：终端开路，或短路，或终端接纯抗性负载。
电压，电流在时间，空间分布上相差π/2，传输线上无能量传输，只是发生能量交换。
传输线传输的入射波在终端产生全反射，负载不吸收能量，传输线沿线各点传输功率为0.此时线上的入射波与反射波相叠加，形成驻波状态。
传输线理论
传输线理论
传输线理论是电磁学的重要研究主题，它涉及到信号的记录、传输和处理等方面的应用。
传输线理论的起源可以追溯到上个世纪初期，当时美国波斯顿大学的研究团队开展了关于信号传播的研究，构建了传输线理论的基础。
传输线理论的基本概念是，信号经过一条传输线时由于传输性质的变化而发生改变。
传输线指在两个点之间连接的电磁媒体，可以是绝缘体或传导体。
这种改变可以由一系列数学方程来描述，称为传输线方程。
传输线方程可用来计算信号在一条传输线上的传播特性，从而更好地设计传输系统。
传输线理论由多个方面构成，通常包括电路理论、集成电路和微波技术，主要关注信号传播以及其所形成的定向电场和磁场，以及在磁场中反射和衍射变化的特性。
传输线理论有许多应用，有些应用是被用来辅助卫星信号传输和雷达信号传输，广泛应用于电信和电视行业，它们用于信号传输和接收设备的设计。
此外，传输线理论也被应用于生物医学，可以用来研究脑信号传播的传输特性。
传输线理论在电子产品的设计中起着重要作用，它考虑了许多因素，包括电子元件的损耗、环境的干扰和信号的路径延迟等，这些都可能影响信号的传播特性。
传输线理论提供了一系列方法来降低这些影响，例如使用外加电容和电抗器来减少电抗器的损耗，从而提高信号传输的效率。
传输线理论在不断发展和发展，在现代电子产品中得到了应用。
它不仅可以促进传输和接收信号的质量，还可以缩短传输时间，并提供更高的传输速率。
随着技术的发展，各种传输线理论的应用也会越来越广泛，未来的发展将取决于人们对传输线理论的深入研究。
RFID原理与技术期末考试题库
RFID原理与技术期末考试题库RFID原理与技术期末考试题库第⼀章传输线理论⼀、填空题1.根据基尔霍夫电压定律得到的⽅程中，ΔZ表⽰什么含义：因为⽅程中的量都是分布量，所以需要乘上长度ΔZ。
2.⼀般传输线⽅程的通解是，阻抗、导纳的含义是什么阻抗：在具有电阻、电感和电容的电路⾥，对电路中的电流所起的阻碍作⽤叫做阻抗。
导纳：⽤来描述交流电通过电路或系统时的困难程度。
根据基尔霍夫电压定律和电流定律写出⼀般传输线⽅程通解的推导电压定律：(1)电流定律：(2)(1) 式两端对Z 求导，并利⽤ (2) 得：同理，(2) 式两边对Z 求导，并利⽤ (1) 得：解(3)、(4) 得第⼆章天线基础⼀、填空题1. 串联正弦交流电路发⽣谐振的条件是（UL = UC ，即XL = XC ），谐振时的谐振频率品质因数Q=（XL/R ），串联谐振⼜称为（电压谐振）。
2. 在发⽣串联谐振时，电路中的感抗与容抗（相等），此时电路中的阻抗最（⼩），电流最（⼤），总阻抗Z= （R ）。
3. 在⼀RLC 串联正弦交流电中，⽤电压表测得电阻、电感、电容上电压均为10V ，⽤电流表测得电流为10A ，此电路中R= （1欧），P= （100w ），Q= （0var ），S= （100VA ）。
4.谐振发⽣时，电路中的⾓频率w0 =（1/），f0 =（1/2）。
第三章天线基础⼀、选择题1.半波振⼦天线的长度为（A ）A、λ/4B、3λ/4C、λ/2D、λ2.在弯折线偶极⼦天线中，当天线弯折次数n增多、弯折⾼度h增加或者弯折⾓а增⼤后，天线的谐振频率（C ）A、不变B、增⼤C、降低D、不能确定【解析】随着折弯次数n的增⼤，由于臂长不变，则天线长度增⼤，波长也随之增⼤，因此谐振频率减⼩⼆、填空题5..已知天线的辐射功率为P∑=30W，且损耗功率为PL=5W。
则天线输⼊功率：30+5=35w;效率:30÷35≈0.857。
6.⽤天线的辐射电阻P∑来度量天线辐射功率的能⼒，即辐射电阻越⼤天线的辐射能⼒越强。
均匀传输线理论.ppt
V0 V0
终端电压反射系数
V (z) V0 (e jz e jz )
I (z) V0 (e jz e jz ) Z
在终端z=0
V (z
I(z
0) 0)
ZL
1 1 Z ZL
ZL Z e j
ZL Z
ZL
0z
Z ZL
分布参数：分布电阻 分布电感 分布电容 分布电导
RL C
G
2. 电报方程----长线的电路微分方程 一对导线形成的简单的电路
单位长度的
电感 L1
电容 C1 电阻 R1
电导 G1
分布参数电路模型
dV I{( jL1 R1)dz}
dI (V dV ){( jC1 G1)dz}
' j"
"
0 0 e j
(z) 0e j2z
1
0
ZL ZL
Z Z
'
"
0
2z
0
'
等反射系数圆
等 圆
:0 1
:1
z0
(z
0)
0
0
e j
ZL ZL
1 1
(l) (z l)
0e j 2z
lm in
4
4
n
2
Vmin V0 (1 )
电压驻波比(VSWR) Vmax 1
Vmin 1
Z
ZL
l
z
传输线理论
传输线理论传输线理论是一种电磁学理论，它用于分析电磁设备的线性特性，该理论描述了电磁信号在传输线上运动时的行为。
下面将对传输线理论进行全面介绍，以便让读者更加了解它。
首先，传输线理论涉及到的概念有电磁场、电磁导体、电容器、电感器和传输线的等效电路模型。
它的核心是描述电流与电压在线路中的关系，以及线路响应特性的变化。
通常，传输线理论使用双线微分等式来描述电流与电压之间的关系，其中线路参数由电磁场和电磁导体的特性提供。
其次，传输线理论还涉及传输线的分类及其特性，其中包括单模传输线、多模传输线、放大器传输线和同轴电缆。
单模传输线指的是只有一根导体的传输线，它的特性是线路阻抗一定；多模传输线指的是有两根或多根导体的传输线，它的特性是线路阻抗可以有所变化；放大器传输线指的是由导体和电容器构成的传输线，它的特性是可以缩短传输时间；最后，同轴电缆指的是由两根螺旋绕组导体和护套构成的传输线，它的特性是可以降低干扰。
此外，传输线理论还涉及传输线响应特性的测量，通常采用调制电源法或直流法来测量线路响应特性。
调制电源法是通过调整电源频率来测量线路响应特性，此方法可以快速测量线路参数，但受到环境条件的限制；直流法则是采用电压与电流的测量方法来测量线路响应特性，此法的测量结果是准确可靠的，但测量过程较慢。
最后，传输线理论还可以用来解决实际工程中的电磁设备设计问题，如电缆连接、线路布置、电磁滤波器设计等。
例如，在电缆连接中，传输线理论可以用来计算线路阻抗，以及电源输出的有效电压。
在线路布置中，传输线理论可以用来计算线路电容、电感和线路衰减等参数，以有效消除辐射干扰。
此外，传输线理论还可以用来设计电磁滤波器，以提高信号的稳定性。
综上所述，传输线理论是一种重要的电磁学理论，它可以用来分析电磁设备的特性，并计算电磁场和电磁导体的性能参数。
此外，传输线理论还可以用来解决实际工程中的电磁设备设计问题，从而提高设备的工作效率。
均匀传输线理论
I (z) V0 (e jz e j(z ) ) V0 (1 e j(z ) )e jz
Z
Z
驻波或驻行波
在电压波腹点
2lmax 2n
lmax
4
n
2
在电压波节点
Vmax V0 (1 )
2lmin (2n 1)
V (z) V0 (e jz e j(z ) )
I (z) V0 (e jz e j(z ) ) Z
传输线终端接任意负载
V (z) V0 (e jz e j(z ) ) V0 (1 e j(2z ) )e jz
第5章 均匀传输线理论
传输线: 用于引导电磁波的导线，也叫导波系统 导行电磁波: 沿着导波系统传输的电磁波
常见的导波系统:
双绞线
平行双导线 电缆线
同轴电缆 金属管波导
矩形波导 圆形波导 椭园波导 加脊波导
介质波导 光导纤维(光纤)
平面波导 微带线 带状线
平行双导线
同轴电缆
微带线
矩形波导
圆形波导
加脊波导
L
tg(l) L
Z
2
l tg1(L) 0.086 0.086m
2 Z
5.3 SMITH圆图
z
V (z) V0e jz
V (z) V0e jz
反射系数
0
V V
(0) (0)
V0 V0
0
e j
(z)
V (z) V (z)
' j"
"
0 0 e j
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z
z=0 z‘
z z+Dz
z z‘=0
c)电压、电流的定解
ZG I0
EG
+ V_0
,,Z0
I
IL
+
+
V _
V_L
ZL
始端 z′
z 终端
式中的积分常数由传输线的边界条件确定。
三种边界条件：
• 已知终端电压VL和电流IL； • 已知始端的电压V0和电流I0； • 已知电源电动势EG、电源阻抗ZG与负载阻抗ZL。
v( z, t ) t
Re[ dV (z) e j t ] Re[ dV (z) e j t ];
dz
dz
Re[ (I (z)e j t )] Re[ j I ( z)e j t ]; t
Re[ dI (z) e j t ] Re[ I (z) e j t ];
dz
z
Re[ (V (z)e j t )] Re[ j V ( z)e j t ] t
i(z+Dz,t)
+ v(z+Dz,t) ClDz _
Dz
v(z,t) v(z i(z,t) i(z
z,t) Rl z i(z,t) Ll z z,t) Gl z v(z,t) Cl z
i(z,t) t
v(z,t) t
L上: v L di , dt
C上: i C dv dt
v(z,t) v(z i(z,t) i(z
Δz
R lD z
L lD z G lD z
CDz
3) 传输线的电路模型
Δz
R lD z
L lD z G lD z
CDz
无耗线
有耗线
分布参数与材料及尺寸的关系与传输线的结构形状、
尺寸、导线的材料、及所填充的介质的参数有关。
同轴线 a：内导体半径 b：外导体半径
m,e：填充介质
双导线 D：线间距离 d：导线直径
第5章 传输线理论
常用TEM波传输线
TEM或准TEM 双导线、同轴
传输线
线、微带线、
带状线等
② 分 类
矩形、 封闭金属波导 圆形等
表面波波导 （开波导）
介质波导、 介质镜像线、
单根线等
(1)双导体 (2) 波导 (3) 介质传输线
损耗小
③要求
传输功率大 工作频带宽(合适）
尺寸小
2．导行波
导波：沿导行系统定向传输的电磁波
联立求解，得：
A1
VL
Z0IL 2
el
;
A2
VL
Z0IL 2
e l
代入式中：
V ( z) VL Z 0 I L e (lz) VL Z 0 I L e (lz)
2
2
I (z) VL Z 0 I L e (lz) VL Z 0 I L e (lz)
2Z 0
2Z 0
令z′= l - z， z′为由终点算起的坐标，则线上任一点上有
1)一般传输线方程
v(z,t)
i(z,t)
ZG
Dz
EG
ZL
z=0 z‘
i(z,t)
+ RlDz v(z,t)
_
z z+Dz
LlDz GlDz
z
z‘=0
i(z+Dz,t) + v(z+Dz,t)
ClDz _
Dz
Dz传输线上的等效电路
i(z,t)
基尔霍夫定律： + RlDz
v(z,t) _
LlDz GlDz
Rs 2
为导体的表面电阻
例如：铜材料的同轴线（0.8cm—2cm），其所填充介质为
er 2.5,
则其各分 10 2 / m Ll 1.83 10 7 H / m Cl 0.15 10 9 F / m Gl 6.8 10 8 S / m
当f =2GHz时
①分布电阻: 电流流过导线将使导线发热产生电阻； Rl为传输线上单位长度的分布电阻。
②分布电导 ：导线间绝缘不完善而存在漏电流； Gl为传输线上单位长度的分布电导。
③分布电感：导线中有电流，周围有磁场； Ll为传输线上单位长度的分布电感。
④分布电容 ：导线间有电场、电压。
Cl为传输线上单位长度的分布电容。
Z
0
sh
z
VL
ch z
I
L
§5.2传输线的特性参数
1。传输线的特性参数可用Z0、γ、vp、λ来描述；
① 特性阻抗(Characteristic impedance)
Vz V
行波状态：即反射波为零的解。
Iz I
A1e z
1 Z0
A1e
z
定义：特性阻抗为传输线上行波电压与行波电流之比：
Z0
V I
终端
路的方法
沿线用等效电压 和等效电流的方法
波长 场或等效电压的相位变化2p的相应距离。
当信号频率很高时，其波 长很短，
如 f = 300MHz时，l=1m,
f = 3GHz时，l=0.1m
l
而传输线的长度一般都有几米甚至是几十米之长。
因此在传输线上的等效电压和等效电流是沿线变化 的。
——→与低频状态完全不同。
代入传输线方程，消 去时间因子，可得：
dV z dz
Rl I z j Ll I z
dI z
dz
GlV z j ClV z
整理，可得复有效值的均匀传输线方程：
dV z dz
dI z dz
(Rl j Ll )I z (Gl j Cl )V z
Zl I z YlV z
(Rl+jwLl)Dz
即
dV z Zl I z dz
平行板传输线 W：平板宽度 d：板间距离
m,e：填充介质
Ll(H/m) Cl(F/m) Rl(W/m) Gl(S/m)
ln b 2a
2 ln b a
RS 1 1 2ab
2
ln b
a
式中复介电常数
j,
D D2 d2
d
ln d
W
ln D D2 d 2
W
d
d
2Rs
2RS
d
W
ln D D2 d 2
W
d
d
12
①终端条件解： EG
边界条件：V(l) VL , I(l) IL
ZG I0
+ V_0
z=0
将上式代入 解中：
VL A1e l A2el
1
IL Z0
A1e l A2el
,,Z0
l
V (z) I(z)
I
IL
+
+
V _
V_L
ZL
z z’
z‘=0
A1e z 1 Z0 A1e
A2e z z A2e z
V (z) VL Z0 I L e z VL Z0 I L e z
2
2
I ( z) VL Z0 I L e z VL Z0 I L e z
2Z0
2Z0
z´
Z0
z ZL
e z 表示向- z′(+z)方向传播的波，即自源到负载方向的入射波；
e z 表示向+ z′(-z)方向传播的波，即自负载到源方向的反射波。
用双曲函数来表示：
V(z ) I(z )
IL ZL 2 Z0 e z
IL
ZL Z0 2Z0
e
z
IL ZL 2 Z0 e z
IL
ZL Z0 2Z0
e
z
V (z) VLch z Z0ILsh z
I (z)
VL Z0
sh
z
I L ch
z
写成矩阵形式：
V (z)
I
(
z)
ch z sh z
Z0
Rl j Ll Gl j Cl
一般情况下，特性阻抗是个复数，与工作频率有关。 其倒数为传输线的特性导纳—Y0。 （量纲）
*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。
*低耗线：
Rl
Ll ; Gl
l/l > 0.05
短线 Short line
当线的长度远小于线 上电磁波的波长
l/l < 0.05
短线
输入电压 uin
l
集总参数电路表示
输出电压 uout≈uin
如50Hz交流电源，波长 为6×106米，即6000公 里。一般电源线的距离 为几十公里(短线）。
分布参数效应可忽略不 计。所以采用集总参数 电路进行研究。
dI z dz
两边求导
Zl I z YlV z
d 2V z dz 2
ZlYlV z
d 2V z
0 移项 dz2
d2I z
d2I z
dz 2
ZlYl I z 0
dz 2
dI z Zl dz
dV z Yl dz
ZlYlV z ZlYl I z
定义电压传播常数：
ZlYl
Rl j Ll Gl j Cl
则方程变为：
传输线理论 长线理论
传输线是以TEM导模方式 传输电磁波能量。
其截面尺寸远小于线的长度， 而其轴向尺寸远比工作波长 大时，此时线上电压只沿传 输线方向变化。
一维分布参数电路理论
1）长线理论
传输线的电长度：传输线的几何长度 l 与其上工
作波长l的比值（l/l）。
长线 Long line