11个基础知识点了解传输线

11个基础知识点了解传输线

1.什么是传输线？

传输线：用来引导传输电磁波能量和信息的装置。

传输线的基本要求：传输损耗小，传输效率高；工作带宽宽等

低频时，使用普通的双导线就可以完成传输；高频时，因工作频率的升高，导线的趋肤效应和辐射效应的增大，使得在高频和高频以上的必须采用完全不同的传输形式。

2.对传输线的要求？

工作带宽和功率容量满足工作频率的最小要求、稳定性好、损耗小、尺寸小和成本低。

实际工作中：米波或分米波采用双导线或同轴线；

厘米波范围内采用空心金属波导管、微带线或带状线等；

毫米波范围采用空心金属波导管、介质波导、介质镜像线或微带线；

光频段波采用波导（光纤）；

3.什么是传输线模型？

以TEM导模的方式传送电磁波能量或信号的行系统。

传输线在电路中相当于一个二端口网络，一个端口连接信号源，通常称为输入端，另一个端口连接负载，称为输出端。

特点：横向尺寸<<工作波长

结构：平行双导线

4.为什么要用传输线理论？

工作在高频时，必须要考虑传输距离对信号幅度相位（频域）和波形时延（时域）的影响。它是相对于场理论，简化了的模型。不包括横向（垂直于传输线的截面）场分布的信息，保留了纵向（沿传输线方向）的波动。对于许多微波工程中各种器件，运用传输线理论这种简单的模型可以进行较有效和简洁的计算，帮助分析工程问题。

A.首先要知道两个概念

长线：指传输线的几何尺寸和工作波长的比值≥0.05；

短线：几何长度与工作波长相比可以忽略不计≤0.05。

长线我们用分布参数来分析；短线我们用集总参数分析。

B.与电路理论和场理论的区别：电路理论<传输线理论<场理论

电路理论：基尔霍夫定律+电路元件

计算速度快；可靠度低，应用范围受限

场理论：麦克斯韦方程组+边界条件

逻辑上严谨，计算复杂，计算速度慢

传输线理论：“化场为路”

分布参数电路理论，它在场分析和基本电路理论之间架起了桥梁。从传输线方程出发，求出满足边界条件的电压、电流的波动方程解，得出沿线等效电压、电流表达式分析其特性。

5.传输线理论包括哪些内容？

频率的提高意味着波长的减小，该结论用于射频电路，就是当波长可与分立的电路元件的几何尺寸相比拟时，电压和电流不再保持空间不变，必须把它们看做是传输的波。因为基尔霍夫电压和电流定律都没有考虑到这些空间的变化，我们必须对普通的集总电路分析进行重大的修改。基本内容包括：

A.基本方程：电压、电流的变化规律及其相互关系的微分方程。

传输载体对传输信号的影响，分布参数影响到多样的系统设计。

B.分布参数阻抗（传输线理论的实质）

高频时，传输线的各部分都存在有电容、电感、电阻和电导，也就是说，这个时候传输线和阻抗元件融为一体，他们构成的是分布参数电路，即在传输线上有储能、有损耗。当电流流过导线，导线发热，因此表面导线本身有分布电阻（单位长度的电阻用R 1表示）当电流流过导线，形成磁场，因此导线上存在分布电感的效应（单位长度的电感用L 1表示）两导线间有电压，形成电场，因此导线间存在分布电容的效应（单位长度的电感用C 1表示）材料不能完全绝缘，存在漏电流，因此导线间有分布电导（单位长度分布电导用G 1表示）

C.无耗工作状态

当R 1=0、G 1=0时

D.有耗工作状态

E.Smith 圆图

F.阻抗匹配

6.传输线的基本性能参数

特性阻抗Z 0：传输线上导行波的电压与电流之比（与工作频率、本身结构和材料有关）

输入阻抗Z in ：传输线上任意一点处的电压与电流之比

传输功率P：表征信号输入与输出的指标

反射系数Γ：反射波电压与入射波电压之比（取值范围0≤|Γ|≤1）

驻波比ρ：传输线上电压（或电流）的最大值和最小值之比（取值范围0≤ρ≤∞）

7.传输线分类？

A.双导体传输线，又称横电磁波（TEM 波）传输线

由两根或两根以上平行导体构成，主要包括平行双导线、同轴线、带状线等，常用波段米波、分米波、厘米波。

B.金属波导管(均匀填充介质)，又称横电波（TE波）传输线和横磁波（TM波）传输线。

因电磁波在管内传播，所以也被称为波导。主要包括矩形波导、圆波导、脊形波导、椭圆波导等。常用厘米波、毫米波。

C.介质传输线

因电磁波沿传输线表面传播，又称表面波传输线。主要包括介质波导、镜像线和单根表面波传输线等。电磁波聚集在传输线内部及其表面附件沿轴线方向传播，一般是混合波形（TE 波和TM波的叠加），某种情况下也可以传播TE波或TM波。常用毫米波。

8.传输线的特性阻抗？

又称“特征阻抗。在高频范围内，信号传输过程中，信号沿到达的地方，信号线和参考平面（电源或地平面）间由于电场的建立，会产生一个瞬间电流，如果传输线是各向同性的，那么只要信号在传输，就始终存在一个电流I，而如果信号的输出电平为V，在信号传输过程中，传输线就会等效成一个电阻，大小为V/I，把这个等效的电阻称为传输线的特性阻抗Z。影响特性阻抗的因素有：介电常数、介质厚度、线宽、铜箔厚度。

传输线的特性阻抗是影响信号质量最重要的因素，信号在传输的过程中，如果传输路径

上的特性阻抗发生变化，信号就会在阻抗不连续的结点产生反射。在低速系统中，由于有足够的时间使信号在可能导致触发前稳定下来，所以不会有严重的后果，但是在高速的系统中，由于可能没有足够的时间使信号在可能导致触发前稳定下来，就会产生传输线的完整性问题，导致严重的后果。

9.传输线的三种工作状态

A.行波状态：无反射。|Γ|=0，ρ=1（匹配状态）

B.驻波状态：全反射。0＜|Γ|＜1,1＜ρ＜∞

C.行驻波状态：部分反射。|Γ|=1，ρ=∞（最常见状态）

10.Smith圆图

A.组成：反射系数圆+阻抗圆

B.实际使用中的四个关键特点

a，圆图旋转一周为λ/2

b，匹配点（中心）、短路点（最左端）、开路点（最右端）

c，上边圆呈感性（0~λ/4），下边圆呈容性（λ/4~λ/2）

d，顺时针旋转向电源方向移动，逆时针旋转向负载方向移动