微波技术与天线 传输线理论_1
微波技术与天线
shz
c.已知电源电动势Eg，内阻Rg及负载阻抗ZL时
的特解：
U ( z)
Eg Z0 Rg Z0
e z L e 2l ez (1 1 Le2l )
I( z)
Eg Rg Z0
e z L e 2l ez (1 1 Le2l )
其中：
1
Rg Rg
Z0 Z0
L
Z L Z L
Z0 Z0
2.向微波电路的小型化，微型化和单片集 成化方向发展；
3.向开辟新的微波应用领域方向发展。
第二章 传输线的基本理论
第一节 传输线的基本概念
一. 传输线的种类:
1. 微波传输线的定义: 2. 传输线的种类:
a. TEM波传输线: b. 金属波导传输线: c. 表面波传输线:
二 分布参数的概念:
1. 长线与短线的概念:
电流)的一般公式:
U (z) U L IL z0 ez U L IL z0 ez
2
2
I( z)
U L IL z0 2z0
e z
U
L
IL 2z0
z0
e z
解的双曲函数形式为：
U (z) U Lchz ILZ0shz
I( z)
U L Z0
shz
ILchz
b. 已知始端电压U1 和电流 I1时的特解：
L0
jC0 (1
j G0
C0
)
j
L0C0 [1
j
1 2
( R0
L0
G0
C0
)]
( R0 C0 G0 2 L0 2
j
L0 ) j
C0
L0C0
R0
2
C0 G0 L0 2
1.4传输线的传输功率、效率与损耗
1.4 传输线的传输功率、效率与损耗传输线传输功率效率与损耗传输功率本节要点传输效率 损耗 功率容量Decibels (dB)作为单位功率值常用分贝来表示，这需要选择一个功率单位作为参考，常用的参考单位有1mW 和1W 。
如果用1mW 作参考，分贝表示为：=)mW (lg 10)dBm (P P 如1mW=0dBm 10mW=10dBm 1W=30dBm 0.1mW=−10dBm如果1W 作参考，分贝表示为：如1W=0dBW10W=10dBW0.1W=−10dBW)W (lg 10)dB (P P =插入损耗1.5 阻抗匹配阻抗匹配具有三种不同的含义，分别是负载阻抗匹配、源阻抗匹配和共轭阻抗匹配。
抗匹配源阻抗匹配和共轭阻抗匹配本节内容三种匹配阻抗匹配的方法与实现1. 三种匹配(impedance matching)入射波射波反射波Z 0Z lZ (1)g负载阻抗匹配：负载阻抗等于传输线的特性阻抗。
此时传输线上只有从信源到负载的入射波，而无反射波。
(2)源阻抗匹配：电源的内阻等于传输线的特性阻抗。
()阻抗内阻等传输线特性阻抗对匹配源来说，它给传输线的入射功率是不随负载变化的，负载有反射时，反射回来的反射波被电源吸收。
E gZ gZ in=Z g* E g负载阻抗匹配Z l =Z 0 Z =Z 信号源阻抗匹配g 0 共轭阻抗匹配Z in =Z g *匹配器1匹配器2*g in ZZ =Z in =Z 02. 阻抗匹配的实现方法隔离器或阻抗匹配衰减器负载匹配的方法：从频率上划分有窄带匹配和宽带匹配；从实现手段上划分有λ/4阻抗变换器法、支节调配法。
(1) λ/4阻抗变换器匹配方法此处接λ/4阻抗变换器lR Z Z 001=Z Z =0in电容性负载Z 0若是l 1λ/401Z Z =电感性负载又如何？Z 0Z 0Z 01ρR x =Z 0/ρZ i n =Z 0(2) 支节调配法(stub tuning)(2)(i)支节调配器是由距离负载的某固定位置上的并联或串联终端短路或开路的传输线（称之为支节）构成的。
微波技术与天线课件
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）：抖 ( z, t ) 骣 v i( z, t )
抖 z = - çRl i ( z , t ) + Ll ç ç 桫 t 骣 抖( z , t ) i = - çGl v( z , t ) + Cl ç ç 桫 抖 z
÷ ÷ ÷
m b ln 2p a b 2pe ¢ ln a RS 骣 ç1 + 1 ÷ ÷ ç 桫 2p ç a b÷ b 2pwe ⅱln a
双导线 D：线间距离 d：导线直径
m D+ ln p pe ¢ ln 2 Rs pd pwe ⅱ ln D+
12
D2 - d 2 d D2 - d 2 d
D+
平行板传输线 W：平板宽度 d：板间距离 m,：填充介质 md W e¢ W d 2 RS
电流的解为：
电压电流是 位置的函数
dV ( z ) 1 1 I ( z) = = A1e- g z - A2 eg z ) ( R + jwL dz Z0
式中
Z0 =
Rl + jwLl Gl + jwCl
为传输线的特性阻抗
电压和电流解为：
V ( z ) = V + ( z ) + V - ( z ) = A1e+ -
一维分布参数电路理论
第二章 传输线理论
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
当线的长度与波长 可以比拟
l/l > 0.05
短线 Short line
当线的长度远小于线 上电磁波的波长
第1.2节 传输线的阻抗与状态参量
Z l + jZ 0 tan βl Z in = Z 0 = 100(Ω) Z 0 + jZ l tan βl
结论：若终端负载为复数，传输线上任意点处输入阻抗一般 结论：若终端负载为复数， 也为复数，但若传输线的长度合适， 也为复数，但若传输线的长度合适，则其输入阻抗可变换为 传输线的阻抗变换特性。 实数，这也称为传输线的阻抗变换特性 实数，这也称为传输线的阻抗变换特性。
U ( z ) = U + ( z ) + U − ( z ) = A1e jβ z [1 + Γ ( z ) ] A I ( z ) = I + ( z ) + I − ( z ) = 1 e j β z [1 − Γ ( z ) ] Z0
于是有
Z in ( z ) =
U ( z) 1 + Γ( z ) = Z0 I ( z) 1 − Γ( z )
《微波技术与天线》
第一章 均匀传输线理论之•阻抗与状态参量
2. 反射系数 (reflection coefficient)
传输线上任意一点处的反射波电压（ 反射系数 —传输线上任意一点处的反射波电压（或电流） 传输线上任意一点处的反射波电压 或电流） 与入射波电压（或电流）之比， 与入射波电压（或电流）之比，即
Γ( z ) = U r ( z) I ( z) =− r U i ( z) I i ( z)
对无耗传输线 γ = jβ ，终端负载为 l，则 终端负载为Z A2e− jβz Zl − Z0 − j2βz Γ( z) = = e = Γl e− j2βz = Γl e j(φl −2βz ) A1e jβz Zl + Z0 Z −Z 式中 Γl = l 0 = Γl e jφl 称为终端反射系数 称为终端反射系数 Zl + Z0
微波技术习题解
《微波技术》习题解(一、传输线理论)(共24页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--机械工业出版社《微 波 技 术》（第2版） 董金明 林萍实 邓 晖 编著习 题 解一、 传输线理论1-1 一无耗同轴电缆长10m ，内外导体间的电容为600pF 。
若电缆的一端短路, 另一端接有一脉冲发生器及示波器，测得一个脉冲信号来回一次需s ，求该电缆的特性阻抗Z 0 。
[解] 脉冲信号的传播速度为tlv 2=s /m 102101.010286⨯=⨯⨯=-该电缆的特性阻抗为 00C L Z =00C C L =lC εμ=Cv l =8121021060010⨯⨯⨯=-Ω33.83= 补充题1 写出无耗传输线上电压和电流的瞬时表达式。
[解] (本题应注明z 轴的选法)如图,z 轴的原点选在负载端,指向波源。
根据时谐场传输线方程的通解()()()()()())1()(1..210...21.⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+=-=+=+=--z I z I e A e A Z z I z U z U e A e A z U r i zj z j r i zj z j ββββ 。
为传输线的特性阻抗式中02.22.1;;,Z U A U A r i ==:(1),,212.2.的瞬时值为得式设ϕϕj r j i e U U eU U -+==⎪⎩⎪⎨⎧+--++=+-+++=-+-+)()cos()cos([1),()()cos()cos(),(21021A z t U z t U Z t z i V z t U z t U t z u ϕβωϕβωϕβωϕβω1-2 均匀无耗传输线，用聚乙烯(εr =作电介质。
(1) 对Z 0=300 Ω的平行双导线，导线的半径 r =，求线间距D 。
(2) 对Z 0 =75Ω的同轴线，内导体半径 a =，求外导体半径 b 。
[解] (1) 对于平行双导线(讲义p15式(2-6b ))0C L Z =rD r D ln ln πεπμ=r D ln 1εμπ=r D rln 120ε=300= Ω 得52.42=rD, 即 m m 5.256.052.42=⨯=D (2) 对于同轴线(讲义p15式(2-6c ))Z LZ 0○ ~ z补充题1图示0C L Z =dD d D ln 2ln2πεπμ=d D r ln 60ε=ab r ln 60ε=75= Ω 得52.6=ab, 即 mm 91.36.052.6=⨯=b 1-3 如题图1-3所示,已知Z 0=100Ω, Z L =Z 0 ,又知负载处的电压瞬时值为u 0 (t)=10sin ωt (V), 试求: S 1 、S 2 、S 3 处电压和电流的瞬时值。
微波技术与天线
知识梳理绪论微波、天线与电波传播是无线电技术的一个重要组成部分，它们三者研究的对象和目的有所不同。
微波主要研究如何引导电磁波在微波传输系统中的有效传输，它的特点是希望电磁波按一定要求沿微波传输系统无辐射的传输，对传输系统而言辐射是一种能量的损耗。
天线的任务则是将导行波变换为向空间定向辐射的电磁波，或将在空间传播的电磁波变为微波设备中的导行波，因此天线有两个基本作用：一个是有效地辐射或接收电磁波，另一个是把无线电波能量转换为导行波能量。
电波传播则是分析和研究电波在空间的传播方式和特点。
微波、天线与电波传输播三者的共同基础是电磁场理论，三者都是电磁场在不同边值条件下的应用。
第一章均匀传输线理论微波传输线是用以传输微波信息和能量的各种形式的传输系统的总称, 它的作用是引导电磁波沿一定方向传输, 因此又称为导波系统, 其所导引的电磁波被称为导行波。
一般将截面尺寸、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。
1.1均匀无耗传输线的输入阻抗定义：传输线上任意一点z处的输入电压和输入电流之比称为传输线的输入阻抗两个特性：(1)λ／2重复性：无耗传输线上任意相距λ／2处的阻抗相同Zin(z)=Zin(z+λ／2)；(2)λ／4变换性:Zin(z)-Zin(z+λ／4)=Z021.2均匀无耗传输线的三种传输状态(1) 行波状态：无反射的传输状态，匹配负载：负载阻抗等于传输线的特性阻抗沿线电压和电流振幅不变电压和电流在任意点上同相；(2) 纯驻波状态：全反射状态，负载阻抗分为短路、开路、纯电抗状态；(3)行驻波状态：传输线上任意点输入阻抗为复数。
1.3传输线的三类匹配状态(1)负载阻抗匹配：是负载阻抗等于传输线的特性阻抗的情形，此时只有从信源到负载的入射波，而无反射波。
微波技术和天线(第四版)刘学观 第1章
第一章均匀传输线理论第章传输1.1节均匀传输线方程及其解1.2节传输线的阻抗与状态参量1.3节无耗传输线的状态分析1.4节传输线的传输功率、效率与损耗1.5节阻抗匹配151.6节史密斯圆图及其应用1.7节同轴线的特性阻抗1.1 均匀传输线方程及其解 本节要点传输线分类均匀传输线等效及传输线方程传输线方程解及其分析传输线的特性参数1.微波传输线定义及分类微波传输线是用以传输微波信息和能量的各种形式的传输系统的总称，它的作用是引导电磁波沿一定方向传输因此又称为导波系统 第一类是双导体传输线，它由二根或二根以上平行传输，因此又称为导波系统。
第类是双导体传输线由根或根以平行导体构成，因其传输的电磁波是横电磁波（TEM 波）或准TEM 波，故又称为TEM 波传输线，主要包括平行双线同轴线带状线和微带线等行双线、同轴线、带状线和微带线等。
第二类是均匀填充介质的金属波导管，因电磁波在管内传播，故称为波导，主要包括矩形波导、圆波导、脊形波导和椭圆波导等。
第三类是介质传输线，因电磁波沿传输线表面传播，故称为表面波波导，主要包括介质波导、镜像线和单根表面波传输线等。
2. 均匀传输线方程当高频电流通过传输线时，在传输线上有：导线将产生热耗，这表明导线具有分布电阻；在周围产生磁场，即导线存在分布电感；由于导线间绝缘不完善而存在漏电流，表明沿线各处有分布电导；两导线间存在电压，其间有电场，导线间存在分布电容。
这四个分布元件分别用单位长分布电阻、漏电导、电感和电容描述。
设传输线始端接信号源，终端接负载，坐标如图所示。
Δz其上任意微分小段等效为由电阻R Δz 、电感L Δz 、电容C Δz z +Δz z z 0和漏电导G Δz 组成的网络。
i (z +Δz ,t )i (z ,t )R ΔzL Δz u (z +Δz ,t )u (z ,t )G Δz C Δz设时刻t 在离传输线终端z 处的电压和电流分别为u (z,t ) 和i (z,t )，+z +z +z z +Δz而在位置z Δz 处的电压和电流分别为u (z Δz,t )和i (z Δz,t )。
《微波技术与天线》习题答案
Z1 (200 j300 ) ,始端接有电压为 500V00 ,内阻为 Rg 100 的电源求:
① ② ③ 解:
传输线始端的电压。 负载吸收的平均功率.。 终端的电压。
①
Zin ( 8 )
Z0
Zl Z0
jZ 0 jZ l
tan(z) tan(z)
100
200 j300 Z100
jZ100 j200
I1 Y11V1 Y12V2
I2 Y21V1 Y22V2
Y11
I1 V1
V2 0
YA YA YB YA YA YB
YA2 YA YB 2YA YB
Y22 Y11
1
Y12
I1 V2
V1 0
YA
YA YB 1 1
YA YA YB
V2
V2
YA
YA YB YA
YA2
1
4
1
2.5cm
串联支节的长度为：
l2
2
arctan
1
3.5cm
1.16 解：
由题意可得：Rmin=4.61 ，Rmax=1390
特性阻抗 Zo R min R max = 4.611390 =80.049
pp76 题 3 3.设有标准矩形波导 BJ—32 型，a =72.12mm，b=34.04mm。
0.961
输入反射系数为：
in
1e j2l
49 51
0.961
根据传输线的 4 的阻抗变换性，输入端的阻抗为：
Z in
Z02 R1
2500
1.5 试证明无耗传输线上任意相距λ/4 的两点处的阻抗的乘积等于传输线特性阻抗的平
方。
微波技术与天线答案
1-1 解： f=9375MHz, / 3.2,/ 3.1251c f cm l λλ===> 此传输线为长线1-2解： f=150kHz, 4/2000,/0.5101c f m l λλ-===⨯<<此传输线为短线1-3答： 当频率很高，传输线的长度与所传电磁波的波长相当时，低频时忽略的各种现象与效应，通过沿导体线分布在每一点的损耗电阻，电感，电容和漏电导表现出来，影响传输线上每一点的电磁波传播，故称其为分布参数。
用1111,,,R L C G 表示，分别称其为传输线单位长度的分布电阻，分布电感，分布电容和分布电导。
1-4 解： 特性阻抗 90101210 1.66510500.66610L L Z C C --⨯====Ω⨯ f=50Hz X 1=ωL 1=2π×50×16.65×10-9Ω/cm=5.23×10-6Ω/cmB 1=ωC 1=2π×50×0.666×10×10-12=2.09×10-9S/cm 1-5 解： ∵ ()22j z j z i r U z U e U e ββ''-'=+ ()()2201j z j z i r I z U e U e Z ββ''-'=- 将 2223320,2,42i r U V U V z πβλπλ'===⋅= 代入 33223420220218j j z Ueej j j V ππλ-'==+=-+=-()3412020.11200z Ij j j A λ'==--=- ()()()34,18cos 2j te z u z t R U z e t V ωλπω'=⎛⎫''⎡⎤==- ⎪⎣⎦⎝⎭ ()()()34,0.11cos 2j t e z i z t R I z e t A ωλπω'=⎛⎫''⎡⎤==- ⎪⎣⎦⎝⎭ 1-6 解： ∵Z L =Z 0 ∴()()220j z i r U z U e U β''==()()()212321100j j z z U z e U z e πβ''-''==()()()()611100,100cos 6jU z e V u z t t V ππω'=⎛⎫=+ ⎪⎝⎭1-7 解：210.20.2130j L e ccm fπρρλ-Γ=-=-==Γ+==由 011L L L Z Z +Γ=-Γ 得 0110.2100150110.2L L L Z Z -Γ+===Ω+Γ-由 ()()()22max 0.20.2j z j z L z e e z πββ-'-''Γ=Γ==Γ= 得 max1max120,7.54z z cm λπβ''-===1-8 解： (a) ()(),1in in Z z z ''=∞Γ= (b) ()()0100,0in in Z z Z z ''==ΩΓ= (c) ()()00012200,3in in in in Z Z Z z Z z Z Z -''==ΩΓ==+(d) ()()02200,1/3in in Z z Z z ''==ΩΓ= 1-9 解： 1 1.21.510.8ρ+Γ===-Γ 0max 0min 75,33Z Z Z Z ρρ==Ω==Ω1-10 解： min2min124z z cm λ''=-= min1120.2,0.514L z ρππβρλ-'Γ===⨯=+min1min120.2j z z Le β'-'Γ=-=Γ ∴ 2420.20.2j jL eeππ⨯-Γ=-=1-11 解： 短路线输入阻抗 0in Z jZ tg l β= 开路线输入阻抗 0in Z jZ ctg l β=- a) 00252063in Z jZ tgjZ tgj πλπλ=⨯=ΩBb) 002252033in Z jZ tgjZ tg j πλπλ=⨯=-ΩBc) 0173.23in Z jZ ctgj π=-=-Ω d) 02173.23in Z jZ ctg j π=-=Ω1-12 解： 29.7502050100740.6215010013o j L L L Z Z j j e Z Z j -++Γ=Γ====++1-13 解： 表1-4短路线长度 0.182λ 0.25λ0.15λ 0.62λ 输入阻抗in Z j2.2 ∞j1.38 j0.94 输入导纳in Y-j0.46-j0.024-j1.061-14 解： 表1-5 开路线长度 0.1λ 0.19λ0.37λ 0.48λ 输入阻抗in Z -j1.38 -j0.4j0.94 j7.9 输入导纳in Yj0.73j2.5-j1.06-j0.131-15 解： 表1-6负载阻抗L Z0.3+j1.3 0.5-j1.6 30.25 0.45-j1.2 -j2.0驻波比ρ 9.16 1.86 3 4 5.7 ∞ 反射系数Γ0.80.30.50.60.711-16 解： 表1-7 负载阻抗L Z 0.8+j 0.3-j1.1 ∞ j1.0 1.0 6+j3输入阻抗in Z 0.488-j0.61 0.23+j0.85-j1 1 0.13-j0.067输入阻抗in Z (Ω) 24.4-j30.5 11.5+j42.3-j50 50 6.67-j3.331-17 解： 1350.7oj L e Γ= 1-18 解： minmax0.6U K U == min143.2o z β'= 用公式求min1min10min1min111L j tg z K jtg z Z Z Z jtg z jKtg z ρββρββ''--==''-- 0.643.25042.8522.810.643.2oojtg j j tg -==-Ω-⨯ 用圆图求 ()42.522.5L Z j =-Ω短路分支线的接入位置 d=0.016λ时()0.516B =- 最短分支线长度为 l=0.174λ()0.516B =- 1-19 解： 302.6 1.4,0.3,0.30.16100L L lZ j Y j λ=-===+ 由圆图求得 0.360.48in Z j =+ 1824in Z j =+Ω 1.01 1.31in Y j =- ()0.020.026in Y j S =- 1-20 解： 12L Y j =+ 0.5jB j =()()()()0.150.6 1.460.150.60.960.20.320.380.2 1.31 1.54in in in in Y j Y jB j Y j Z j λλλλ=-+=-=+=-∴ 6577in Z j =-Ω 1-21 解： 11 2.5 2.50.20.2L L Y j j Z ===+- 并联支节输入导纳 min 2.5B ctg l β=-=- min 0.061l λ=此时 1/2.5L Z '= 500/2.5200LZ '==Ω（纯电阻） 变换段特性阻抗 0010000010010316L Z Z Z ''===Ω 1-22 解： 1/0.851.34308.66o o L arctg ϕ=-=-=由 max120L z ϕβ'=-= 得 max10.43z λ'= 由 min12L z ϕβπ''=-=- 得 min10.1804L z ϕπλλπ+'== 1-23 解： 原电路的等效电路为由 1in Z j '+= 得 1in Z j '=- 向负载方向等效(沿等Γ图)0.25电长度 得 1in in Z Z ''='则 in in Y Z '''=由in in in Y Y j Z ''''''=+= 得 12in in Y Z j j ''''=-=- 由负载方向等效0.125电长度(沿等Γ图)得 12L Y j =+ 0.20.4L Z j =-1-24 答： 对导行传输模式的求解还可采用横向分量的辅助标位函数法。
微波技术与天线复习知识要点
《微波技术与天线》复习知识要点绪论微波的定义：微波是电磁波谱介于超短波与红外线之间的波段，它属于无线电波中波长最短的波段。
微波的频率范围：300MHz~3000GHz ,其对应波长范围是1m~0.1mm微波的特点（要结合实际应用）：似光性，频率高（频带宽），穿透性（卫星通信），量子特性（微波波谱的分析）第一章均匀传输线理论均匀无耗传输线的输入阻抗（2个特性）定义：传输线上任意一点z处的输入电压和输入电流之比称为传输线的输入阻抗注：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、工作频率有关。
两个特性：1、λ／2重复性：无耗传输线上任意相距λ／2处的阻抗相同Z in(z)= Z in(z+λ／2)2、λ／4变换性: Z in(z)- Z in(z+λ／4)=Z02证明题：(作业题)均匀无耗传输线的三种传输状态（要会判断）参数行波驻波行驻波|Γ|010＜|Γ|＜1ρ1∞1＜ρ＜∞Z1匹配短路、开路、纯电抗任意负载能量电磁能量全部被负载吸收电磁能量在原地震荡1.行波状态：无反射的传输状态匹配负载：负载阻抗等于传输线的特性阻抗沿线电压和电流振幅不变电压和电流在任意点上同相2.纯驻波状态：全反射状态负载阻抗分为短路、开路、纯电抗状态3.行驻波状态：传输线上任意点输入阻抗为复数传输线的三类匹配状态（知道概念）负载阻抗匹配：是负载阻抗等于传输线的特性阻抗的情形，此时只有从信源到负载的入射波，而无反射波。
源阻抗匹配：电源的内阻等于传输线的特性阻抗时，电源和传输线是匹配的，这种电源称之为匹配电源。
此时，信号源端无反射。
共轭阻抗匹配：对于不匹配电源，当负载阻抗折合到电源参考面上的输入阻抗为电源内阻抗的共轭值时，即当Z in=Z g﹡时，负载能得到最大功率值。
共轭匹配的目的就是使负载得到最大功率。
传输线的阻抗匹配（λ／4阻抗变换）(P15和P17)阻抗圆图的应用（*与实验结合）史密斯圆图是用来分析传输线匹配问题的有效方法。
《微波技术与天线》习题答案
ln b 43.9 a
当 f 300MHz 时的波长：
p
f
c r
0.67m
1.3 题
设特性阻抗为 Z0 的无耗传输线的驻波比 ，第一个电压波节点离负载的距离为
.
.
lmin1 ，试证明此时的终端负载应为
Z1
Z0
1 j j
t anlmin1 t anlmin1
证明：
对于无耗传输线而言：
Z in（lmin 1）
1.11
设特性阻抗为 Z0 50 的均匀无耗传输线,终端接有负载阻抗 Z1 100 j75 为复
阻抗时,可用以下方法实现λ/4 阻抗变换器匹配：即在终端或在λ/4 阻抗变换器前并接一段
终端短路线, 如题 1.11 图所示, 试分别求这两种情况下λ/4 阻抗变换器的特性阻抗 Z01 及短
路线长度 l。 （最简便的方式是:归一化后采用 Smith 圆图计算）
1 e j0.8 3
(0.5) 1 （二分之一波长重复性） 3
(0.25) 1 3
Zin (0.2 )
Z0
Z1 Z0
jZ0 jZ1
t an l t an l
29.43
2 3.7 9
Zin(0.25) 502 /100 25 （四分之一波长阻抗变换性）
Zin(0.5) 100
（二分之一波长重复性）
令并联短路线和负载并联后的输入阻抗为 Z 2 .
Z 2 =1/ Re[Y1] 156 则 Z 01 Z0Z2 =88.38
(2)
令 4
特性阻抗为 Z 01 ，并联短路线长为 l
Z in2 Z01
Z1 Z01 j t an Z01 Z1 j t an
4
微波技术与天线[王新稳][习题解答]第一章
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1-1 解： f=9375MHz, / 3.2,/ 3.1251c f cm l λλ===> 此传输线为长线1-2解： f=150kHz, 4/2000,/0.5101c f m l λλ-===⨯<<此传输线为短线1-3答： 当频率很高，传输线的长度与所传电磁波的波长相当时，低频时忽略的各种现象与效应，通过沿导体线分布在每一点的损耗电阻，电感，电容和漏电导表现出来，影响传输线上每一点的电磁波传播，故称其为分布参数。
用1111,,,R L C G 表示，分别称其为传输线单位长度的分布电阻，分布电感，分布电容和分布电导。
1-4 解： 特性阻抗050Z ====Ω f=50Hz X 1=ωL 1=2π×50×16.65×10-9Ω/cm=5.23×10-6Ω/cmB 1=ωC 1=2π×50×0.666×10×10-12=2.09×10-9S/cm 1-5 解： ∵ ()22j z j z i r U z U e U e ββ''-'=+ 将 2223320,2,42i r U V U V z πβλπλ'===⋅= 代入 1-6 解： ∵Z L =Z 0 ∴()()220j z i r U z U e U β''==1-7 解：210.20.2130j L e ccmfπρρλ-Γ=-=-==Γ+==由 011L L L Z Z +Γ=-Γ 得 0110.2100150110.2L LL Z Z -Γ+===Ω+Γ- 由 ()()()22max 0.20.2j z j z L z e e z πββ-'-''Γ=Γ==Γ= 得 max1max120,7.54z z cm λπβ''-===1-8 解： (a) ()(),1in in Z z z ''=∞Γ= (b) ()()0100,0in in Z z Z z ''==ΩΓ= (c) ()()00012200,3in in in in Z Z Z z Z z Z Z -''==ΩΓ==+(d) ()()02200,1/3in in Z z Z z ''==ΩΓ=1-9 解： 1 1.21.510.8ρ+Γ===-Γ 1-10 解： min2min124z z cm λ''=-= ∴ 2420.20.2j jL eeππ⨯-Γ=-=1-11 解： 短路线输入阻抗 0in Z jZ tg l β= 开路线输入阻抗 0in Z jZ ctg l β=- a) 00252063in Z jZ tgjZ tgj πλπλ=⨯=Ω b) 002252033in Z jZ tg jZ tg j πλπλ=⨯=-Ωc) 0173.23in Z jZ ctgj π=-=-Ωd) 02173.23in Z jZ ctg j π=-=Ω1-12 解： 29.7502050100740.6215010013o j L L L Z Z j j e Z Z j -++Γ=Γ====++1-17 解： 1350.7oj L e Γ= 1-18 解： minmax0.6U K U == min143.2o z β'= 用公式求min1min10min1min111L j tg z K jtg z Z Z Z jtg z jKtg z ρββρββ''--==''-- 用圆图求 ()42.522.5L Z j =-Ω短路分支线的接入位置 d=0.016λ时()0.516B =- 最短分支线长度为 l=0.174λ()0.516B =- 1-19 解： 302.6 1.4,0.3,0.30.16100L L lZ j Y j λ=-===+ 由圆图求得 0.360.48in Zj =+1824in Z j =+Ω 1-20 解： 12L Y j =+ 0.5jB j = ∴ 6577in Z j =-Ω 1-21 解： 11 2.5 2.50.20.2L L Y j j Z ===+- 并联支节输入导纳 min 2.5B ctg l β=-=- min 0.061l λ=此时 1/2.5L Z '= 500/2.5200LZ '==Ω（纯电阻） 变换段特性阻抗 0316Z '===Ω 1-22 解： 1/0.851.34308.66o o L arctg ϕ=-=-=由 max120L z ϕβ'=-= 得 max10.43z λ'= 由 min12L z ϕβπ''=-=- 得 min10.1804L z ϕπλλπ+'== 1-23 解： 原电路的等效电路为由 1in Z j '+= 得 1in Z j '=- 向负载方向等效(沿等Γ图)0.25电长度 得 1in in Z Z ''='则 in in Y Z '''=由in in in Y Y j Z ''''''=+= 得 12in in Y Z j j ''''=-=- 由负载方向等效0.125电长度(沿等Γ图)得1-24 答： 对导行传输模式的求解还可采用横向分量的辅助标位函数法。
《微波技术与天线》第二章传输线理论part
f, GHz
图2-21 一长为10cm的短路传输线（Z0＝ 41.86）输入阻抗幅值随频率的变化
2019/9/22
14
驻波工作状态——终端开路
终端开路：ZL=，L= 1
沿线电压电流分布状态
i(
u(z,t) z,t)
2 2 A1 Z0
A1 cos(t cos(t
0 0
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2
工作状态分析
——行波工作状态（无反射）
无反射条件：ZL=Z0 , L= (z)=0 沿线电压/电流分布
UI ((zz))IU (z()z)ZAA101ee
jz jz
U(z)
A1 ,
I (z)
A1 Z0
考虑时间因子ejωt
A1 A1 e j0
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驻波工作状态——终端开路
3/ 4
/ 2
/ 4
z
U
I
z
O
O′
Zin
z
O
O′
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驻波工作状态——终端开路
终端开路Vs.终端短路
只要将终端短路的传输线上电压、电流及阻抗分布从终端开
始去掉λ/4线长，余下线上的分布即为终端开路的传输线上 沿线电压、电流及阻抗分布。
RminRmax Z02 , Z0
Umax Imax
U min I m in
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行驻波状态
沿线输入阻抗
Zin
Z0
ZL Z0
jZ 0 tan(z) jZ L tan(z)
沿线阻抗值是非正弦周期函数。 在电压波腹点和电压波节点处的输入阻抗为纯电阻。
微波技术与天线——第1章
（1-7a） 根据双曲函数的表达式，上式整理后可得 （1-7c）
第一章、传输线理论 （2）已知传输线始条件 这时将坐标原点z=0选在始端较为适宜。将始端条件 U(0)=U1，I(O)=I1 ，代入式(1—4)，同样可得沿线的 电压电流表达式为
（1-6b）
第一章、传输线理论 4、传输线的特性参量 传输线的特性参量主要包括：传播常数、特性阻抗、 相速和相波长 （1）、传播常数
反映波经过单位长度传输线后幅度和相位的变化 的物理量。
传播常数γ 一般为复数，可表示为 其中实部α称为衰减常数，表示行波每经过单位长度 后振幅的衰减，单位为分贝/米(dB/m)或奈培/米
第一章、传输线理论 (NP/m)；虚部β称为相移常数，表示行波每经过单位长 度后相位滞后的弧度数,单位为弧度/米(rad/m)。 对于低耗传输线，一般满足 R0 L0 , G0 C0 ， 所以有
第一章、传输线理论 由此可得
衰减常数是由传输线的导体电阻损耗αc和填充介质的漏 电损耗αd两部分组成。对于无耗传输线RO=0，G0=0
实际应用中，在微波频段内，总能满 足 R0 L0 , G0 C0 因此可把微波传输线当作无耗传输线来看待。
第一章、传输线理论 （2）特性阻抗 特性阻抗定义：传输线上入射波电压Ui(z)与入射波电流 Ii(z)之比。或反射波电压Ur(z)与反射波电流Ir(z)之比 的负值，即
图1-2
图1-3
第一章、传输线理论
电阻器
第一章、传输线理论 电容器
第一章、传输线理论 电感器
图1-9
图1-10
图1-11
第一章、传输线理论 在微波频率下传输线的分布参数效应
体现为分布参数电感，电容，电导和电阻
微波传输线的特点
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微波技术与天线-第二章传输线理论
2.3阻抗与驻波
三、传输线的工作状态
z
3 / 4
/2
/4
I
U
2.纯驻波状态
z
3 / 4
/2
(a )
/4
O Zin
• 短路负载
Zin Z c
Z F 0， F 1
z
3 / 4
/2
/4
O
Z F jZc tan( z ) jZc tan( z ) Zc jZ F tan( z )
将截面尺寸、形状、媒质分布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。
在不同的工作条件下，对传输线的要求是不同的，因此须采用不同 形式的传输线。
微波技术与天线-第二章传输线理论
2.1引言
一、微波传输线的用途和种类
电路特征：介电常数2.2，基板厚度1.57mm，微带线特性阻抗50欧姆。
V ( z z ) V ( z ) I ( z )( R j L ) z I ( z z ) I ( z ) V ( z )(G jC ) z
z
z 0
dV I ( R j L) dz dI V (G jC ) dz
电报方程
微波技术与天线-第二章传输线理论
Zc只与传输线的尺寸、结构、基板介电常数和厚度等因素相关，故定义
R j L
特性阻抗：
Zc
V V R j L G jC I I
Zc L C
无耗传输线:
R 0, G 0
=j j LC
j LC
LC R G ( ) j 2 L C
i(z)
u(z) z L z
i(z+ z)
u(z+ z) z+ z R z
C z
G z
微波技术与天线-第二章传输线理论
2.2传输线波动方程和它的解
一、传输线的分布参数和等效集中参数电路
V ( z z ) V ( z ) I ( z )( R j L ) z I ( z z ) I ( z ) [V ( z ) V ( z )](G j C ) z
可见，传输线尺寸和工作波长可比拟时，信号沿线的幅度和相位都发生本质的变化。 分布电容、电感及漏电电导起了重要作用。 可见：关键是传输线尺寸与波长的关系。
微波技术与天线-第二章传输线理论
2.1引言
( a)
( b)
(c)
( d)
(e)
(f)
各种类型的传输线
(a)是平行双线，(b)是同轴线，这两种传输线都属于横电磁波传输线； (c)是矩形波导，(d)是圆形波导，这两种传输线是非横电磁波传输线。 (e)是微带线，是准横电磁波传输线；(f)是光纤，是非横电磁波传输线。
微波技术类
电路特征：介电常数2.2，基板厚度1.57mm，微带线特性阻抗50欧姆。
XY Plot 2
-30.00
HFSSDesign1
Curve Info ang_deg(S(2,1)) Setup1 : Sw eep
-40.00
-50.00
（z＋dz ) ( t dt ) z t
vp
波长：
dz dt
g
vp f
2
微波技术与天线-第二章传输线理论
2.3阻抗与驻波
一、反射系数
I ( z)
IF
V ( z)
VF ( z )
ZF
任何传输线上的电压函数是入射波和 反射波的迭加 ( 构成 Standing Wave) 。 不同传输线的区别仅仅在于入射波和 反射波的成分不同。
得
1 1 z z z z (V0 e j z V0 e j z ) ( V e V e ) I (V0 e V0 e ) 0 0 Zc Zc R j L
微波技术与天线-第二章传输线理论
2.2传输线波动方程和它的解
一、传输线的分布参数和等效集中参数电路
微波技术与天线-第二章传输线理论
2.3阻抗与驻波
二、输入阻抗与输入导纳
用导纳表示为：
Z F jYctg z Yin Y0 Yc jZ ctg z
注意： 1. 输入阻抗是长度为z的传输线段和终端负载组成的传输线电路的等效阻抗， 不宜直接测量。
zin ( z ) 1/ zin 4
Yc YF F Yc YF
微波技术与天线-第二章传输线理论
2.3阻抗与驻波
二、输入阻抗与输入导纳
传输线的几种工作状态：
a) 当ZL=Z0或为无限长传输线时,Γ L=0,无反射波,是行波状态或匹配状态。 b)当ZL为纯电抗元件或处于开路或者短路状态时,|Γ L|＝1,全反射, 为驻波状态.
Yin 1 Yc 1
现在我们寻找终端负载与传输线上z点的输入阻抗之间的联系：
Z in Z c 1 1
j2 z
Fe
F
Zin Zc
Z F jZ ctg z Z c jZ F tg z
Z F Zc Z F Zc
注意：只用于无耗线。
一、反射系数
注意： • 反射系数是针对传输线上的某一截面处的反射系数而言的； • 反射系数的模是无耗传输线系统的不变量，在传输线上处处相等； • 反射系数呈二分之一波长周期性；
利用反射系数改写电压电流
V V0 e j z V0 e j z V 1
二、输入阻抗与输入导纳
在负载处
反射系数的另外一种形式
Z Zc in Zin Zc F Z F Zc Z F Zc
输入导纳：某截面上电流与电压之比
Yin
I 1 1 I (1 ) Y c V V (1 ) 1 Zin
在负载处
Y Y c in Yc Yin
I
j2 z
0
Pin
Z in Z c
1 Zc 1
1 V0 e j z Zc
1 1 * Re(VI * ) Re(V0 I 0 ) P F (吸收） 2 2
性质：① 沿线电压和电流振幅不变, 反射系数为0;
② 电压和电流在任意点
上都同相;
③ 传输线上各点阻抗均等于传输线特性阻抗。
传输线波动方程：
d 2V 2V 2 dz d 2I 2I 2 dz
z z 通解为 V V0e V0e V V
I I0e z I0e z I I
V0 、 V0－、 I 0 、 I 0－
由边界条件来确定。
利用
dV V0 e z V0 e z dz I ( R j L)
2.2传输线波动方程和它的解
一、传输线的分布参数和等效集中参数电路
dV I ( R j L ) dz dI V (G jC ) dz
d 2V dI ( R j L) dz 2 dz
d 2V ( R j L )(G jC )V 2 dz d 2I ( R j L )(G jC ) I dz 2
6
微波技术与天线-第二章传输线理论
2.1引言
二、微波传输线的特点
(1) 长线效应 我们把 l/ 称为传输线的电长度。通常 l / >> 0.1 的传输
线就可以认为是长线。长线是一个相对的概念，它指的是电
长度而不是几何长度。
微波技术与天线-第二章传输线理论
2.1引言
二、微波传输线的特点
(2) 分布参数效应
电压波动方程 电流波动方程
同理可得：
引入
= +j ( R j L)(G jC) ZY
：传播常数；： 衰减系数； : 相移常数
Z : 单位长度的串连阻抗； Y：单位长度的并联导纳
微波技术与天线-第二章传输线理论
2.2传输线波动方程和它的解
一、传输线的分布参数和等效集中参数电路
ang_deg(S(2,1)) [deg]
-60.00
1GHz的信号
-70.00
-80.00
-90.00
-100.00 0.50 0.75 1.00 Freq [GHz] 1.25 1.50
微波技术与天线-第二章传输线理论
2.1引言
一、微波传输线的用途和种类
场幅度的变化对比
1MHz的信号
1GHz的信号
LC R G 1 ( ) ( RY0 GZ0 ) 2 L C 2
L
其中Y0定义为传输线的特性导纳: Y0 1 C
Z0
微波技术与天线-第二章传输线理论
2.2传输线波动方程和它的解
二、传输线上信号的相速度和波长
V (t ) V0 e j z e j t
相速：等相位面传播的速度 t时刻的改波的等相面在z处，经过dt传播到z+dz处，于是
微波技术与天线-第二章传输线理论
2.2传输线波动方程和它的解
一、传输线的分布参数和等效集中参数电路
求出分布参数等效电路
A 由于电流流过导线，而构成导线的导体为非理想的，所以导线就会发热，这 表明导线本身具有分布电阻；（单位长度传输线上的分布电阻用 R 表示） B 由于导线间绝缘不完善（即介质不理想）而存在漏电流，这表明导线间处处 有分布电导；（单位长度分布电导用 G 表示.） C 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 L 表示。) D 由于导线间有电压，导线间 便有电场，于是导线间存在分 布电容的效应；(单位长度分布 电容 C 用表示)