微波传输线的特性及应用研究_张军萍

微波传输线的特性及应用研究张军萍（杭州乐荣电线电器有限公司，浙江杭州311215）1微波概论1.1微波的特性微波是一种高频率的电磁波，通常情况下为300MHz 至300GHz ，微波的波长很短，一般在微波频段中，其频率相对较高，而绕射能力却相对较弱，因此主要利用微波于视距范围进行信号的直线传播,也称为视距传播。

微波技术的关键理论就是微波传输理论[1]。

1.2微波传输线微波传输线是基本的微波器件，微波传输线主要用来进行微波信号、微波能量的传递。

矩形波导、圆波导、平行双线、带状线、微带线以及同轴线都是常用的微波传输线。

微波传输线是一项引导电磁波沿特定方向传输的系统，所以需要满足麦克斯韦方程及导体、介质的边界条件，也就是说，需要满足的这两点条件决定了导行电磁波的传输特性以及电磁场的分布规律。

2传输线理论2.1传输线方程接有信号源、负载的传输线电路如图1所示。

图1传输线电路始端接角的正弦信号源的频率为W ，内阻为Zs ，中断的接负载阻抗则为ZL 。

设定靠近信号源的终端复数电压为U ，复数电流为I ，经过线元△z 段之后，复数电压为U+△z ，复数电流为I+△z 。

可以依据基尔霍夫定律获得以下公式：其中，依据式（1）、式（2）可以得到传输线基本方程：（5）将式（5）求导，得出：（6），求解后得：（7）式中得出传播常数为：，衰减常数为α，相移常数为β。

经过求解，当Z=0处的电压表示为I L ，电压表示为U L ，则：（8）将式（7）求解，能够获得：（9）式中Z c 代表了传输线的特性阻抗。

2.2传输特性（1）传播常数。

这是传输线一项重要的参量，通常为复数，它与传输线分布参数关系为：（10）（2）相速。

沿传输线进行电磁波传输的相速为：（11）（3）反射系数。

可以将传输线上的特定一点电流、电位表示为：（12）式中的ΓZ 表示电压反射系数，反映了终端在负载状况下入射波造成的反射情况。

（4）特性阻抗。

特性阻抗是指单独的电压、电流入射波的比，一般为复数，虚部和传输线损耗相关，实部对传输线上传输的能量起到了决定性的作用[2]。

3微波传输线的应用微波测量中的微波传输线匹配情况意义重大，通常情况下对于高频信号幅度信息及传递均需要利用微波传输线，传输线驻波会影响到测量的误差。

一旦传输线、负载、信号源等形成的微波测量系统中的负载不能和传输线相匹配，就会形成驻波，不但会降低传输线功率容量，还会将传输线的衰减程度增加，导致信号源频率及输出不稳定，难以获得全部入射功率[3]。

3.1驻波造成的测量值的影响实际进行高频信号检测的时候，需要检测高频信号发生器输出功率、高频衰减器、扫频仪寄生调幅系数、调制参数调幅度、超高频毫伏表等，确保这些状态良好能够对微波传输线作用的发挥起到重要作用，需要采用适合的微波传输线实施测量。

如果是频率不太高的情况下，选用BNC 传输线测量，如果频率≥200MHz 需要选用N 型同轴线测量。

频率升高会带动传输线的损耗程度，驻波系数增加会引起误差增加。

高频功率测量过程中，采用的传输线路不同，测量得到的结果也不相同。

传输线驻波大时会产生较大的测量功率误差。

在微波测量时不同频段采用相对应的传输线，能够确保微波传输测量得到的结果具有准确性。

例如2.4mm 同轴线、平接头传输线、k 型头都是微波频段中常用的传输线[4]。

如果是小传递标准的微波，电阻功分器、定向耦合器等也具有定标作用，不可忽视。

采用微波网络分析仪里特有的标准校准件可确保传输系统的匹配性良好，可以将测量误差极大的降低。

3.250Ω阻抗和75Ω阻抗之间的换算实际检测时候通常会遇到这样的问题，比如标准仪表多为50阻抗，电视信号源大多为75Ω阻抗，这时候阻抗显然不能匹配。

通常情况下需要利用阻抗变换器换算，使之匹配，将测量问题解决。

我们采用以下方法分析。

图2为信号源和负载的连接示意图。

图2信号源和负载的连接示意图我们对仪表端电压定度依照开路电压设定，开路接负载时，电流讲过R s 会产生压降，伴随R s R L 阻抗分压关系可以确定U 2，设定：①R s =R L =50，则：（13）（14）摘要：微波信号由传输线长度比传输信号波长的值确定，通常情况下信号路径长度＜1/6有效波长可判定该传输线为微波信号传输。

微波传输线是高频信号测量中一项很重要的电路装置。

本文先阐述了微波的概论，并分析了传输线理论。

最后分析研究了微波传输线的应用。

关键词：微波传输线；特性；应用研究dI UYdz 1= dU IZdz 2= Z R jwL 3=+ Y G jwC 4=+ dI YU dz dU ZI dz ìïï=ïïíïï=ïïïîÁÁÁÁÁÁd I I 0dz d U U 0dzg g ìïï-=ïïïíïï-=ïïïîÁÂÃÁÂÄÄÁÂÃÁÂÅÅI A e B e U A e B e ìï=+ïíï=+ïîZY j g a b ==+ÁÂÂÁÃÃI A B U A B ì=+ïïíï=+ïîÁÂÁÃÁÂÁÃÄÃÂÄÃÂU 1A I 2Z U 1B I 2Z A Z A B -Z B ìïï=+ïïïïïïï=-íïïïï=ïïïï=ïî j ZY R jwL G jwC g a b =+==++ ÁÂÃV D=D ÁÂÁÃÁÂÁÃI I I I 1U U U U 1ì=+=-G ïïíï=+=+G ïî ÁÁÂUA 20lg 20lg26dB U == ÁÂÃÃÄÁR U U 0.5U R R ==+22--煤矿井下水仓清淤方案的创新与清仓机的研制李继涛张伟（山能集团龙矿煤电有限公司梁家煤矿，山东龙口265700）1概况梁家矿对井下煤4二采水仓的清理一改传统的、效率低下、费工费力的人工清挖、矿车装运的方式，研制了专门的清仓设备，设计了一套优良的稀释、搅拌、抽淤、排淤的方案。

将人工清淤的工期由一个月缩短为5天，节省了大量的人力物力，提高了清仓工作效率，省略了装、转、运、提、卸等繁琐的环节，节省了大量的劳动成本；降低了水仓运行的风险(清仓期间水仓不能蓄水待排，发挥其基本功能，水只能直接进入吸水井，存在淹没采区的风险)，确保了矿井主排水的安全；经济效益和社会效益显著：节省了人工费用、电力费用、设备装运、损耗费用等；避免了对井下运输大巷的环境污染，利于井下安全运输；避免了井上处理煤泥水对环境的污染。

节省费用50万元。

清仓方案是对煤矿井下水仓清理方案的一次全面革新和优化，是与矿井生产排布的一次双赢配合。

值得矿井生产决策者设计、确定水仓清理方案时进行借鉴。

2井下水仓清淤方案与清仓机的研制2.1清仓机的研制2.1.1清仓机的组成该清仓机由高压注水设施、清挖螺旋、起吊架(带可旋转、升降的装置)、泥浆泵、重车（矿车）、排淤管、电控开关等组件构成。

结构简洁合理。

2.1.2清仓机的工作方法自搅拌重载潜水耐磨泥浆泵可以直接淹没到水仓内，对沉淀泥浆进行轴向冲击搅拌，对高浓度泥浆实现可靠泵送，通过对泥浆泵的移动实现水仓大面积的清理，通过全橡胶柔性软管（或钢丝埋线管）排放清出的淤积物。

首先：向水仓淤积物注水、稀释，稀释到原浓度的55%；然后：开启泥浆泵，利用摇臂实现对泥浆泵左右180度范围、上下方向进行调节移动，实现对水仓淤积物进行抽排。

按照先中间后两边的顺序逐步进行清淤。

第三步：人工往前推车前移，对前面淤积物进行清理。

直至清仓完毕。

2.1.3清仓机的特点它具有工作效率快、劳动强度低、对环境影响小等优点。

完全可取代传统人工清淤，是人工清淤的12－14倍。

从经济效益与社会效益方面都具有明显的优势。

该设备是集机电液一体的综合机器，组成该设备的各个单机采用都是市场成熟的产品，保证了机械上的可靠性及使用性。

该设备采用了防爆电气，结构紧凑，布置合理，机械化程度高。

采用普通矿车，轮距可适应煤矿井下不同清淤场地，可广泛地适应大中型煤矿。

系统主要设备为可拆式结构，运输方便．安装时勿做基础，维护简便。

如图1所示：2.2水仓清淤方案的设计在对煤4二采水仓的清理积淤的方案设计上，与矿生产排布紧密配合。

实现了水仓清理与矿生产总体排布的一次优化双赢的配合。

是设计实施水仓清理方案的的一次全面创新。

即：利用4216下顺撤面完毕老空水还没积蓄外溢的时机，采用自主研制的自动化清仓机抽排仓内淤积物往4216密闭内灌注。

煤4二采水仓位于煤4二采下车场。

4216下顺门口距离水仓入口仅仅20米，且4216下顺水平高度比水仓低60米。

今年6月中旬，4216采煤面回采工作结束，随后撤面。

于7月13日对4216下顺门口进行打密闭。

具备了往4216下顺注浆的条件。

根据总体的设计，密闭留出了清理煤4二采水仓排淤的入口（2根DN100的管路）。

利用自主研制的清仓机，抽排水仓内的淤积物，清仓期间通过DN100管路直接灌注到4216下顺密闭墙内。

3清淤系统的综合性能和效益分析3.1清淤系统的综合性能由于整个系统是机械化、自动化，提高了劳动效率。

减少用工个数．缩短水仓清挖周期，降低了工人劳动强度。

系统主要设备为可拆式结构，运输方便．安装时勿做基础，维护简便。

完全可取代传统人工清淤，是人工清淤的12－14倍。

该设备是集机电液一体的综合机器，组成该设备的各个单机采用都是市场成熟的产品，保证了机械上的可靠性及使用性。