11个基础知识点了解传输线
传输线的基本概念
第四讲传输线的基本概念传输线的几个基本概念连接天线和发射机输出端（或接收机输入端）的电缆称为传输线或馈线。
传输线的主要任务是有效地传输信号能量，因此，它应能将发射机发出的信号功率以最小的损耗传送到发射天线的输入端，或将天线接收到的信号以最小的损耗传送到接收机输入端，同时它本身不应拾取或产生杂散干扰信号，这样，就要求传输线必须屏蔽。
顺便指出，当传输线的物理长度等于或大于所传送信号的波长时，传输线又叫做长线。
4.1 传输线的种类超短波段的传输线一般有两种：平行双线传输线和同轴电缆传输线；微波波段的传输线有同轴电缆传输线、波导和微带。
平行双线传输线由两根平行的导线组成它是对称式或平衡式的传输线，这种馈线损耗大，不能用于UHF频段。
同轴电缆传输线的两根导线分别为芯线和屏蔽铜网，因铜网接地，两根导体对地不对称，因此叫做不对称式或不平衡式传输线。
同轴电缆工作频率范围宽，损耗小，对静电耦合有一定的屏蔽作用，但对磁场的干扰却无能为力。
使用时切忌与有强电流的线路并行走向，也不能靠近低频信号线路。
4.2 传输线的特性阻抗无限长传输线上各处的电压与电流的比值定义为传输线的特性阻抗，用Ｚ0 表示。
同轴电缆的特性阻抗的计算公式为Ｚ。
＝〔60/√εr〕×Log ( D/d ) [ 欧]。
式中，D 为同轴电缆外导体铜网内径；d 为同轴电缆芯线外径；εr为导体间绝缘介质的相对介电常数。
通常Ｚ0 = 50 欧，也有Ｚ0 = 75 欧的。
由上式不难看出，馈线特性阻抗只与导体直径D和d以及导体间介质的介电常数εr有关，而与馈线长短、工作频率以及馈线终端所接负载阻抗无关。
4.3 馈线的衰减系数信号在馈线里传输，除有导体的电阻性损耗外，还有绝缘材料的介质损耗。
这两种损耗随馈线长度的增加和工作频率的提高而增加。
因此，应合理布局尽量缩短馈线长度。
单位长度产生的损耗的大小用衰减系数β表示，其单位为dB / m （分贝／米），电缆技术说明书上的单位大都用dB / 100 m（分贝／百米） .设输入到馈线的功率为Ｐ1 ，从长度为L（m ）的馈线输出的功率为Ｐ2 ，传输损耗TL 可表示为：TL ＝10 ×Lg ( Ｐ1 /Ｐ2 ) ( dB )衰减系数为β＝TL / L ( dB / m )例如，NOKIA 7 / 8英寸低耗电缆，900MHz 时衰减系数为β＝4.1 dB / 100 m ，也可写成β＝3 dB / 73 m ，也就是说，频率为900MHz 的信号功率，每经过73 m 长的这种电缆时，功率要少一半。
射频及传输线基础知识.doc
传输线的基本知识传输射频信号的线缆泛称传输线，常用的有两种:双线与同轴线。
频率更高则会用到微 带线与波导，虽然结构不同，用途各异，但其基本传输特性都由传输线公式所表征。
不妨先让我们作一个实验，在一台PNA3620上测一段同轴线的输入阻抗。
我们会发现 在某个频率上同轴线末端开路时其输入阯抗却呈现短路，而末端短路时入端反而呈现开路。
通过这个实验可以得到儿个结论或想法：首先，这个现象按低频常规电路经验看是想不通 的，因此一段线或一个网络必须在使用频率上用射频仪器进行测试才能反映其真实情况。
其二，出现这种现象时同轴线的长度力测试频率下的X/ 4或其奇数倍；因此传输线的特 性通常是与长度的波长数有关，让我们习惯用波长数来描述传输线长度，而不是绝对长度, 这样作就更通用更广泛一些。
最后，这种现象必须通过传输线公式来计算（或阯抗圆图来 查出），熟悉传输线公式或圆阁是射频、天馈线工作者的基本功。
传输线公式是由著名的电报方程导出的，在这里不作推导而直接引用其公式。
对于一 般工程技术人员，只耑会利用公式或圆图即可。
这里主要讲无耗传输线，有耗的用得较少，就不多提了。
射频器件（包括天线）的性能是与传输线（也称馈线）有关的，射频器件的匹配过程 是在传输线上完成的，可以说射频器件是离不幵传输线的。
先熟悉传输线是合理的，而电 路的东西是比较具体的。
即使是天线，作者也尽量将其看成是个射频器件来处理，这种作 法符合一般基层工作者的实际水平。
1.1传输线基本公式1. 电报方程对于一段均匀传输线，在有关书上可 查到，等效电路如图1-1所示。
根据线的 微分参数可列出经典的电报方程，解出的 结果为：• x 为距离或长度，由负载端起算，即负载端的x 为0• r= a + j 3 , r 为传播系数，a 为袞减系数，P 为相移系数。
无耗时r = jf3. —般 情况不常用无耗线來进行分析，这样公式简单一些，也明确一些，或者说理想化一些。
传输线概念
图5
Z1n=Zs+ =Z0
即：ZO=
= +
因为l是微分段，极小，l项和12项可忽略。
Z0= =Z0= =
当频率足够高时（f≥100KHZ），ω=2πf，其值很大，ωl、ωc很大，R、G可忽略，L为单位长度线的固有电感，C为单位长度线的固有电容，此时
Z0=
当频率很低时（f≤1KHZ），W=2πf很小，可以忽略，此时
11)多线模型-引入间隔（有效阻抗怎么算？多远才能忽略？）
12)同层临近铜皮模型-引入间隔（有效阻抗怎么算？算出来了）
13)电磁场、分析
14)串扰
边沿耦合、平面耦合
15)反射
16)差分结构
17)叠层结构
Z0=
4)理想传输线
Z0公式，LC。LC不损耗，有延迟。延迟公式
5)实际传输线
Z0公式，RLGC，RG损耗。Rs趋肤效应，Gd介质损耗。两种衰减公式！？
δ趋肤深度、fknee（趋肤频率）
6)传输线结构
Polar（3.4）
公式根据结构来的！
同轴线缆：圆形导体
印制线：矩形或梯形导体，SL（Strip line）、MS（Micro Strip line）
介厚
介电常数
损耗正切值tanθ
变梯形（5um~10um）
三种工具
9)微带线结构ห้องสมุดไป่ตู้单变量）变化对参数的影响、对特性阻抗与延迟的影响！
线长（线性增加！）
线宽
线厚
介厚
介电常数（空气）
损耗正切值tanθ
带绿油、不带绿油、绿油介电常数
变梯形（10um~20um）
三种工具（HSPICE做出来不对！）
10)S参数（扫频）与W单元参数（+长度+频率）对比
传输线及S参数-PPT
反射系数 (reflection coefficient)
反射系数 ：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，即
(z) U r (z) Ir (z) Ui (z) Ii (z)
对无耗传输线 j ，终端负载为Zl，则
(z)
A2e jz A1e jz
Zl Zl
21
散射参量(S)
实际的射频系统不能采用终端开路(电容效应)或短路(电感效应)的测量方
法，另外终端的不连续性将导致有害的电压电流波反射，并产生可能造成器
件损坏的振荡。
S 参量的定义
a1 b1
S
a2 b2
定义归一化入射电压波：an
Vn 2
Z0In Z0
定义归一化反射电压波：bn
Vn 2
Z0In Z0
+ -
v3
iN-1 N-1端口+- vN-1
其中
阻抗
Znm
矩阵
多端口 网络
vn i ik 0
m
i2 v2
+ -
2
端口
i4 v4
+ -
4
端口
iN vN
+- N
端口
for k m 19
同理：
i1 i2
Y11 Y21
iN YN1
Y12 Y22
YN 2
Y1N v1
Y2
N
相加：Vn an bn Z0 相减：In an bn / Z0
：
an Vn /
Z0
， I
n
Z0
bn Vn /
Z0
I
n
Z0
参量：
传输线基本概念
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。
传输线
u ( z) u ( z)
u ( z 0)e jz u ( z 0)e jz
u ( z z0 )e j ( z z0 ) u ( z z0 )e j ( z z0 )
u ( z l )e
j ( z l )
TEM波传输线
双导体结构：平行双线、同轴线、带状线、微带线。 应用频段范围很宽，但在高频段传输能量损耗较大。
TE和TM波传输线
波导管：矩形波导、圆波导、脊波导。 损耗小，功率容量大，但体积大，带宽窄。
TE和TM波的混合波，表面波传输线
介质波导：光纤、镜像线、单根线。
结构简单、体积小、功率容量大，主要用于毫米波段。
Y L Z0 Z C
ZY j LC j
u ( z ) A1e jz A2e jz
1 i( z ) ( A1e jz A2 e jz ) Z0
Z L Z0 Y C
LC
u( z, t ) | A1 | cos( t z 1 ) | A2 | cos( t z 2 )
低频传输线：电流几乎均匀的分布在导线内部，电
流和电荷可等效地集中在轴线上。只须用电压、电流和欧 姆定律解决即可，无须用电磁理论。电磁能流在导体内部 和表面附近分布。低频传输线可以采用“路”的方法分析。 低频传输线有“长线”与“短线”之分。
微波传输线：频率升高时，出现集肤效应（skin
effect）。电流、电荷和场集中在导体表面，导体内部几乎没 有能量传输。微波功率只能在导体之外的空间传输，导线只 是引导的作用。需要采用场的方法分析。
z
A2e
i( z ) B1e
B2e
传输线原理
第一章. 传输线理论一、典型的分布参数系统—传输线。
在一般的电路分析中，所涉及的网络都是集总参数的，即所谓的集总参数系统。
电路的所有参数，如阻抗、容抗、感抗都集中于空间的各个点上，即各个元件上。
各点之间的信号是瞬间传递的。
集总参数系统是一种理想化的模型。
它的基本特征可归纳为：<1>. 电参数都集中在电路元件上。
<2> . 元件之间连线的长短对信号本身的特性没有影响，即信号在传输过程中无畸变, 信号传输不需要时间。
<3>. 系统中各点的电压或电流均是时间且只是时间的函数。
集总参数系统是实际情况的一种理想化近似。
实际的情况是各种参数分布于电路所在空间的各处，当这种分散性造成的信号延迟时间与信号本身的变化时间相比已不能忽略的时侯，就不能再用理想化的模型来描述网络。
这时，信号是以电磁波的速度在信号通道上传输，信号通道(或者说是信号的连线)是带有电阻、电容、电感的复杂网络，是一个典型的分布参数系统。
任何一个电子学系统中，都不可避免地要使用大量连接线，有的连接线很短，只有几厘米，有的连接线很长，有几米、几十米甚至上百米。
在这样长的连接线上，信号从始端(信号源所在处)传到终端(负载所在处)需要一定的时间，实验和电动力学的理论都证明了以空气为绝缘介质米/秒，也就是0.3米/ns。
假设有5米的均匀导体，电信号的传输速度可以接近光速即3108长的导线，信号从始端传到终端需要17ns时间，换句话说，终端信号相对于始端有17ns的延迟。
这段时间相对于微秒或更低速度的系统是无关大局的，但对于毫微秒(ns)量级的高速电路就不能等闲视之了。
高速门电路(如74FTTL系列数字集成电路)的每级平均延迟时间可以小到几个ns，这时由上述连接线产生的延迟就不可再忽略。
而速度更高的ECL数字集成电路，其典型延迟时间为1～2 ns(ECL 10K系列)，甚至只有300～500 ps(ECLinPS系列)。
传输线理论基础知识..
根据复数值与瞬时值的关系并假设A1、A2为实数，则沿线电压的瞬时 值为
现在研究行波状态下电压和电流的沿线变化情况。为讨论方便，距离 变量仍然从始端算起，由于U2 − Z0 I0 ＝0，A2=0，U r(z) =0。考虑到γ =α + jβ ，因此公式（2-14）和（2-15）简化为：
（ 2）工作频带要宽，以增加传输信息容量和保证信号的无 畸变传输； （3）在大功率系统中，要求传输功率容量要大； （4）尺寸要小，重量要轻，以及能便于生产和安装。 (为了满足上述要求，在不同的工作条件下，需采用不同型式 的传输线。在低频时,普通的双根导线就可以完成传输作用,但是, 随着工作频率的升高 , 由于导线的趋肤效应和辐射效应的增大使 它的正常工作被破坏 .因此,在高频和微波波段必须采用与低频时 完全不同的传输线形式)
解得：
将上式代入式（2-6）第一式和式（2-7），注意到l − z = z′ ,并整理求得
2.2.2 已知均匀传输线始端电压U1和始端电流I1
将z=0、U（0）=U1 、I（0）=I1代入式（2-6）第一式和式（2-7）便可 求得
将上式代入式（2-6）和式（2-7），即可得
2.3 均匀传输线入射波和反射波的叠加
几种典型传输线的分布参数计算公式列于表1-1中。 表中μ0、ε分别为对称线周围介质的磁导率和介电常数。
有了分布参数的概念，我们可以将均匀传输线分割成许 多微分段dz（dz＜＜λ），这样每个微分段可看作集中参数电 路。其集中参数分别为R1dz、G1dz、L1dz及C1dz，其等效电 路为一个Γ型网络如图1-1（a）所示。整个传输线的等效电路 是无限多的Γ型网络的级联，如图1-1（b）所示。
【射频笔记5】传输线理论基础
【射频笔记5】传输线理论基础一. 什么是传输线我们经常会用到传输线这一术语，可是讲到其具体定义时，很多工程师都是欲言又止，似懂非懂……我们知道，传输线用于将信号从一端传输到另一端，下图说明了所有传输线的一般特征所以，可以这样理解：传输线由两条一定长度导线组成，一条是信号传播路径，另一条是信号返回路径。
1. 分析传输线，一定要联系返回路径，单根的导体并不能成为传输线2.和电阻，电容，电感一样，传输线也是一种理想的电路元件，但是其特性却大不相同，用于仿真效果较好，但电路概念却比较复杂3.传输线有两个非常重要的特征：特性阻抗和时延二. 传输线分类经常用到的双绞线，同轴电缆都是传输线对于PCB来说，常有微带线和带状线两种微带线通常指PCB外层的走线，并且只有一个参考平面带状线是指介于两个参考平面之间的内层走线下图为微带线和带状线示意图及其阻抗计算公式，可以从这个公式中看出，阻抗和那些因素有关，但是实际工程应用中，都是用一些专业软件进行阻抗计算，比如Polar三. 传输线阻抗先来澄清几个概念，经常会看到阻抗，特性阻抗，瞬时阻抗，严格来讲，他们是有区别的，但是万变不离其宗，它们仍然是阻抗的基本定义.将传输线始端的输入阻抗简称为阻抗将信号随时遇到的及时阻抗称为瞬时阻抗如果传输线具有恒定不变的瞬时阻抗，就称之为传输线的特性阻抗特性阻抗描述了信号沿传输线传播时所受到的瞬态阻抗，这是影响传输线电路中信号完整性的一个主要因素如果没有特殊说明，一般用特性阻抗来统称传输线阻抗简单的来说，传输线阻抗可以用上面的公式来说明，但如果往深里说，我们就要分析信号在传输线中的行为，Eric Bogatin 博士在他的著作《Signal Integrity :Simplified》里面有很详细的说明，读者可以找原著来进行细究，这里只做一个简述：当信号沿着一条具有同样横截面的传输线移动时，假定把1V的阶梯波(step function)加到这条传输线中(如把1V的电池连接到传输线的发送端，电压跨在发送线和回路之间)，一旦连接，这个电压阶梯波沿着该线以光速传播，它的速度通常约为6英寸/ns。
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
传输线理论基础知识
1.2.2 分布参数
当高频信号通过传输线时，将产生如下分布参数效应： （ 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 R1 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 表示 G1 。） （ 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 L1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 C1 用表示。) R1为单位长度损耗电阻；G1为单位长度损耗电导；L1为单 位长度电感，简称分布电感；C1为单位长度电容，简称分布 电容。当 R1=0、G1=0时称为无耗传输线。
1.1 传输线的基本概念
1.1.1 定义
传输线:是用来引导传输电磁波能量和信息的装置，例如：信
号从发射机到天线或从天线到接收机的传送都是由传输线来完 成的。(或凡是用来把电磁能从电路的一端送到电路的另一端的 设备统称为传输线)。如图所示。
1.1.2 对传输线的基本要求
（1）传输损耗要小，传输效率要高；
当频率提高到微波频段时，这些分布参数不可忽略。例如， 设双线的分布电感L1= 1.0nH/mm，分布电容C1= 0. 01 pF/mm。当 f=50Hz时，引入的串联电抗和并联电纳分别为Xl=314×10-3μΩ /mm和Bc= 3.14×10−12 S / mm。当f=5000MHz时，引入的串联电 抗和并联电纳分别为Xl=31.4Ω/mm 和Bc=3.14×10-4S/mm 。 由此可见，微波传输线中的分布参数不可忽略，必须加以考 虑。由于传输线的分布参数效应，使传输线上的电压电流不仅是 空间位置的函数。
11个基础知识点了解传输线
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。
传输线与网路分析的知识
变压器是利用电磁感应原理工作的电器设备，其特性是实现电压的变换和电流 的传输。变压器由铁芯和绕组组成，通过改变绕组的匝数比来实现电压的变换。
传输线等效电路模型
传输线等效电阻
传输线的等效电阻是指单位长度 的传输线所具有的电阻值，它与 传输线的材料、截面积和温度有
关。
传输线等效电感
传输线的等效电感是指单位长度的 传输线所具有的电感值，它与传输 线的结构、匝数和磁导率有关。
传输线作用
在电子设备中，传输线用于连接各个 部件，实现信号的传递和能量的转移 。它们对于确保信号的完整性和系统 的稳定性至关重要。
传输线参数与特性
传输线参数
损耗
描述传输线性能的主要参数包括电阻、电 感、电容和电导。这些参数决定了传输线 的损耗、延迟和带宽等特性。
由于电阻和电导的存在，传输线在传递信线在电路中的
应用
详细阐述了传输线在电路中的应 用，如滤波器、阻抗匹配、微波 电路等，以及传输线的瞬态分析 和频域分析。
前沿技术动态关注
01
高速数字电路中的传 输线效应
随着数字电路工作频率的提高，传输 线效应愈发显著。当前研究关注于如 何减小传输线效应对信号完整性的影 响，如采用新型传输线结构、优化布 线方式等。
其他领域应用案例分享
01
自动控制系统
在自动控制系统中，传输线用于实现传感器与执行器之间的信号传输，
网络分析则用于系统建模与控制策略设计。
02
计算机网络
计算机网络中，传输线用于连接各种网络设备，网络分析则涉及网络协
议、路由算法等方面的研究。
03
航空航天领域
在航空航天领域，传输线的性能要求极高，需满足高温、高压等极端环
传输线理论详解
R G
可忽略R和G的影响。——低耗线
24
4.1.2 传输线方程及其解 1、均匀传输线方程
1式
jt u(z,t) Re U(z)e jt i(z,t) Re I(z)e
设在时刻t, 位臵z处的
电压和电流分别为u(z, t) 和 i(z, t), 而在位臵 z+dz
代入铜材料
58 . 107
微波传输线 当频率升高出现的第一个问题是导体的集肤效应 (Skin Effect)。导体的电流、电荷和场都集中在导 体表面 ［例 2 ］研究 f=10GHz=1010Hz、L=3cm、r0=2mm 导线 的线耗R。 这种情况下，J J e a ( r0 r )
两式联立, 得 u ( z , t ) Ri( z , t ) L i ( z , t )
z t i ( z , t ) u ( z , t ) Gu( z , t ) C z t
均匀传输线方程
2式
（电报方程）
将1 式代入2式，得
dU R jL I dz dI G jC U dz
★ 这导致传输线上的电压和电流是随时间和空间位 臵而变化的二元函数。 波动性
20
2 分布参数效应
分布电感 分布电容 分布电阻 分布漏电导
传输线单位长度上的分布电阻为R、分布电导为G、分布电 容为C、分布电感为L, 其值与传输线的形状、尺寸、导线 的材料、及所填充的介质的参数有关。
若将传输线分成无数个微 元，可以认为每个微元内 的电压和电流是不变的。 Rdz, Gdz, Ldz, Cdz 就可以看成集总参数
1 微波传输线的分类
电路中的传输线和信号传输
电路中的传输线和信号传输电路中的传输线和信号传输是现代通信和电子系统中至关重要的一部分。
在高频和高速信号传输中，传输线的特性决定了信号的传输质量和效率。
本文将从理论和实践的角度介绍电路中的传输线和信号传输的相关知识。
一、传输线的基本概念和原理传输线是一条导线或导体的组合，用于将电能或信号从发生器传输到负载。
它由两个导体或导体之间的媒质组成，如电缆、微带线或同轴电缆。
传输线的主要作用是传输信号而不产生反射和损耗。
传输线的传输特性主要包括阻抗、传输速度和损耗。
阻抗是传输线对信号的阻碍程度，直接影响信号传输的稳定性和准确性。
传输速度指的是信号的传输速率，它由传输线的电气长度和信号的传播速度决定。
损耗表示信号在传输过程中的能量损失，会导致信号衰减和失真。
二、传输线的模型和参数为了更好地理解传输线的特性和行为，我们可以使用传输线模型进行分析和建模。
传输线模型通常由电容、电感和电阻等元器件组成。
其中，电容代表线路之间的绝缘，电感代表线路之间的互感耦合，电阻代表线路的电阻和导体的电阻。
传输线的主要参数包括电阻、电抗、电导和电容等。
电阻是传输线对电流的阻碍程度，电抗是传输线对电感和电容的阻碍程度，电导表示传输线的导电能力，电容表示传输线的存储能力。
这些参数会直接影响传输线的传输速度和传输质量。
三、信号传输中的失真和补偿技术在信号传输过程中，由于传输线的存在，可能会出现信号失真和衰减的问题。
主要的信号失真包括传输延迟、幅度失真和波形失真等。
幅度失真是指信号的幅度在传输过程中发生变化，波形失真是指信号的波形形状发生变化。
针对这些问题，有一些补偿技术可以用来提高信号的传输质量。
其中包括预加重技术、均衡技术、时钟恢复技术和串扰消除技术等。
预加重技术可以通过增加高频成分来提高信号质量，均衡技术可以校正信号的失真，时钟恢复技术可以恢复信号的时钟节拍，串扰消除技术可以消除传输线之间的相互干扰。
四、传输线的应用领域传输线和信号传输在许多领域都有着广泛的应用，包括通信系统、计算机网络、无线通信、雷达和卫星通信等。
《传输线理论》课件
电流反射系数
Γi (z)
=
Ir (z) Ii (z)
=
-
A2 A1
e- j2β z
=
-Γu (z)
终端反射系数
Γ2
A2 A1
A2 e jφ2 A1
Γ2 e jφ2
传输线上任一点反射系数 与终端反射系数的关系
Γ(z) = Γ2e- j2 β z = Γ2 e j(φ2-2 β z) = Γ2 e jφ
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
Z0
由此可得行波状态下的分布规律：
(1) 线上电压和电流的振幅恒定不变 (2) 电压行波与电流行波同相，它们 的相位是位置z和时间t的函数 (3) 线上的输入阻抗处处相等，且均 等于特性阻抗
传输线理论
二、驻波状态(全反射情况)
当传输线终端短路、开路或接纯电抗负载时，终端的入射波将被全反射，沿线入
射波与反射波迭加形成驻波分布。驻波状态意味着入射波功率一点也没有被负载吸 阿收，即负载与传输线完全失配。
2
z
)
+
β
2U
(
z
)
=
0
d
2I (z)
dz2
+
《传输线理论详解》课件
VS
详细描述
在高速数字信号处理中，传输线理论被用 于分析信号在传输过程中的特性变化，以 及如何减小信号的延迟和畸变。通过传输 线理论，可以优化信号传输路径和系统参 数，提高信号的传输速度和稳定性，满足 高速数字信号处理的需求。
高频微波系统设计
总结词
传输线理论在高频率微波系统设计中具有重 要应用，有助于实现高频微波信号的高效传 输。
详细描述
传输线的基本特性包括阻抗、传播常数和电磁波的传播速度等。阻抗决定了传输线对信号的负载能力，传播常数 决定了电磁波在传输线中的传播速度和相位变化，而电磁波的传播速度则与传输线的材料和结构有关。这些特性 参数对于传输线的性能和信号完整性至关重要。
传输线的应用场景
总结词
传输线在通信、电子、电力等领域有着广泛的应用， 如信号传输、能量传输等。
详细描述
传输线在许多领域都有着广泛的应用，如通信领域中 的信号传输、电力领域中的能量传输等。在通信领域 中，传输线被用于连接各种通信设备，如电话、电视 和互联网设备，实现信号的传输和接收。在电力领域 中，传输线被用于远距离输电和配电，实现电能的传 输和分配。此外，在电子设备中，传输线还被用于连 接各个组件，实现信号的传输和能量的传递。
当传输线中存在电压或电流 变化时，会在传输线周围产 生电磁场，电磁能量会以辐 射的形式向周围空间传播， 形成电磁辐射。同时，这种 电磁辐射可能会对其他电子 设备产生干扰。
E = -dΦ/dt，H = dA/dt， 其中E是电场强度，H是磁场 强度，Φ是磁通量，A是磁 矢量势。
电磁辐射与干扰可能会对其 他电子设备产生干扰，因此 需要进行电磁兼容性设计和 防护措施。同时，电磁辐射 也可以用于通信和探测等领 域。
传输线的传播特性
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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
11.阻抗匹配
A.为什么需要匹配？
信号源和传输线不匹配，不仅会影响信号源的频率和输出的稳定性，且信号源还不能发出最大功率
B.怎么样达到匹配？
传输线两端阻抗与传输线的特性阻抗相等，线上无反射波存在。
C.匹配原理
通过匹配网络引入一个新的反射波来抵消原来的反射波
D.匹配的方法
在传输线和负载之间加入匹配网络，加入的网络尽量靠近负载
E.匹配效果
宽带匹配和窄带匹配
F.怎么样衡量匹配的质量
满足驻波和带宽的要求。