微波技术基础(微波技术与天线)第1章教程.ppt

第一章 均匀传输线理论 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 1.6节 史密斯圆图及其应用 1.7节 同轴线的特性阻抗 1.微波传输线定义及分类 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 3. 传输线方程的解 4.传输线方程解的分析 (2) 传播常数(propagation constant) (3) 相速与传输线波长 1.2 传输线的阻抗与状态参量 传输线上任意一点电压与电流之比称为阻抗，它与导波系统的状态特性密不可分。 微波阻抗是不能直接测量的，只能借助于状态参量的测量而获得。 1. 输入阻抗(input impedance) [例1-1] 一根特性阻抗为50?、长度为0.1875m的无耗均匀线，其工作频率为200MHz，终端接有负载Zl=40+j30 ? ，试求其输入阻抗。 解：工作频率f= 200MHz ，故相移常数?=2?f/c= 4?/3, 由于 Zl=40+j30 ? 、 Z0=50 ? 、z=l= 0.1875m， 因而得输入阻抗 2. 反射系数 (reflection coefficient) 3. 输入阻抗与反射系数的关系 传输线上电压、电流又可以表示为 讨论 4. 驻波比（standing wave ratio (VSWR)） [例1-2] 一根75?均匀无耗传输线，终端接有负载Zl=Rl+jXl，欲使线上电压驻波比为3，则负载的实部Rl和虚部Xl应满足什么关系？ 解：由驻波比?=3，可得终端反射系数的模值应为： 1.3 无耗传输线的状态分析 对于无耗传输线，负载阻抗不同则波的反射也不同；反射波不同则合成波不同；合成波的不同意味着传输线有不同的工作状态。归纳起来，无耗传输线有三种不同的工作状态： 行波状态； 纯驻波状态； 行驻波状态。 1. 行波(traveling wave)状态 行波状态：当负载阻抗与传输线特性阻抗相同时，传输线上无反射波，即只有由信号源向负载方向传输的行波。 结论 2. 纯驻波(pure standing wave)状态 纯驻波状态： 纯驻波状态就是全反射状态，也即终端反射系数 ??l?=1。此时负载阻抗必须满足： 负载阻抗Zl=0 ，终端反射系数?l= ?1，而驻波比???，此时，传输线上任意点处的反射系数为?(z)= ? e-j2?z 终端短路时线上电压、电流及阻抗分布 终端接短路负载传输线状态小结 沿线各点电压和电流振幅按余弦变化，电压和电流相位差90o，功率为无功功率，即无能量传输； 在z=n?/2(n=0,1,2,…)处电压为零，电流的振幅值最大且等于2|A1|/ Z0 ，称这些位置为电压波节点； 在z=(2n+1)?/4(n=0,1,2,…)处电压的振幅值最大且等于2|A1|，而电流为零，称这些位置为电压波腹点； 传输线上各点阻抗为纯电抗，在电压波节点处Zin=0相当于串联谐振；在电压波腹点处Zin??相当于并联谐振 ； 在0z?/4内，相当于一个纯电感Zin=jX；在?/4z?/2内，相当于一个纯电容Zin= –jX ； 从终端起每隔?/4阻抗性质就变换一次，这种特性称为阻抗变换性。 (2) 终端开路(open circuit) 传输线的等效 (equivalent) 一段短路与开路传输线的输入阻抗分别为 当均匀无耗传输线端接纯电抗Zin= ±jX 负载时，可以将纯电抗Zin= ±jX负载用一段短路线或开路线来等效，因而对这种情况的分析与（1）（2）的情况类似。 处于纯驻波工作状态的无耗传输线，沿线各点电压电流在时间和空间上相差均为90o，故它们不能用于微波功率的传输，但其输入阻抗的纯电抗特性，在微波技术中却有着非常广泛的应用。 3. 行驻波(traveling-standing wave)状态 当微波传输线终端接任意复数阻抗负载时，由信号源入射的电磁波功率一部分被终端负载吸收，另一部分则被反射，因此传输线上既有行波又有纯驻波，构成混合波状态，故称之为行驻波状态。 设A1=?A1?ej?0，则传输线上电压、电流的模值为： 显然，当负载确定时，线上电压、电流幅值随z而变化， 在一些点电压取极大值，电流取极小，称为电压波腹点， 在另一些点电压取极小值，电流取极大，称为电压波节点。 2、 波腹点、波节点的位置 3、负载不同，距终端的首个特殊点性质也随之变化 小结 [例1-3] 设有一无耗传输线，终端接有负载Zl= 40-j30? ，