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第5章传输线理论1要素.ppt 191页
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第5章传输线理论1要素
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传输线理论
§5.1 传输线方程和传输线的场分析方法 1）长线理论 短线 长线 2）传输线的分布参数 3) 传输线的电路模型 例：终端短路ZL=0 例：终端开路ZL=? 例：终端接纯电阻
ZL=25W （Z0=50W） 用反射系数表示线上电压电流 3）. 驻波参量 小结： 电压反射系数： 电压驻波比 线上等效电压和等效电流分布 1.行波状态 2）特性分析： 功率传输 2）特性分析： 电压电流瞬时值 沿线阻抗 2）特性分析： ZL=25W，无耗线长为1.7波长的沿线分布阻抗Zin
例： 解：（1）终端反射系数ΓL、线上驻波比VSWR (2)输入端的输入阻抗Zin和反射系数G （3）ZL吸收功率;
（4）|Vmax|、|Vmin|，以及|V+|;
（5）|Zmax|、|Zmin| （6）沿线电压、电流振幅分布
电流振幅分布 例：已知无耗线上|V|max、Zmax、z′max1和VSWR， 输入阻抗的频率特性 小结：无耗传输线上的三种工作状态 2)损耗的影响 4)传输线损耗
由于在有耗传输线上有 例1 例：
小结： 1．圆图的概念 a.复平面上的反射系数圆 x 圆 l纯电抗圆和开路、短路点： Vmin线（电压最小线） 外圆标度及方向： 方向
圆图的使用
圆图的使用 2
圆图的使用3 小结： 则阻抗转换器的接入位置：
单支节调配器 ② 例2：串联枝节匹配 双支节匹配网络 双元件的匹配网络8种电路结构 小结 3．应用举例 主要应用于天线和微波电路设计和计算 包括确定匹配用短路支节的长度和接入位置。 具体应用 归一化阻抗z,归一化导纳y, 反射系数VSWR，驻波系数之间的转换 计算沿线各点的阻抗、反射系数、驻波系数，线上电压分布，并进行阻抗匹配的设计和调整 例5.5-1 已知： 求：距离负载0.24波长处的Zin. 解： 查史密斯圆图，其对应的向 电源波长数为 则此处的输入阻抗为: 向电源顺时针旋转0.24(等半径) ZL 0.24l 例5.5-2 解：传输线的特性阻抗为： 求:负载阻抗值。 已知：传输线上某点测得 有负载时测得输入阻抗 查图其对应的向电源波长数为0.18； 对于单位长度（z′ = -1）的损耗和衰减常数的关系 单位为dB 单位为奈培 对于SYV-50-7电缆，使用电缆的长度为2m，工作频率为900MHz，则该电缆的插入损耗为：
L=23.8×2/100=0.476(dB)
相应的功率通过率为
即100W的射频(900MHz)功率通过该电缆时，通过功率为89.6W，损耗功率为10.4W。
例2 某GMS基站（工作频率900MHz频段），天线离机房约68m。
如采用SYV-50-9电缆，则插入损耗为：
L=23.8×68/100=13.67(dB)
相应的功率通过率为
即100W的射频功率通过该电缆时，通过功率仅为4.3W，损耗功率达95.7W。
相应的功率通过率为
即100W的射频功率通过该电缆时，通过功率为21.9W，损耗功率为78.1W。
如采用NOKIA 12D-FB电缆，插入损耗为 L=9.7×68/100=6.6(dB)
∴在GMS基站实际工作中，人们总是采用进口的低损耗电缆进行功率传输。 3元/m
例3：在ZL=100W，Z0=50W情况下，现采用长度为20m的SYV-50-7的电缆，工作频率为900MHz，衰减常数 a =23.8dB/100m。求线上输入端和负载端的VSWR。 注：分贝与奈培的关系： 1奈培= 8.686 分贝 解：在负载端，反射系数的大小为 在输入端，反射系数的大小为 则输入端的驻波比为：
则负载端的驻波比为：
通过一段有耗线驻波比降低了。 （反射波经一段衰减之后变小了）
无耗线的负载端VSWR=2 ZL 功率传输 （3）功率传输
接上例：20m的总衰减为：
L=23.8×20/100=4.76(dB)
又由负载端的反射系数
，则负载端的反射功率为
负载实际所得功率为：
如输入功率仍为
，则到输出端的功率为
ZL 功率传输 有耗线中，能量有衰减。 沿线的反射系数、驻波比均不一样。 史密斯圆图(Smith chart)是利用图解法来求解传输线上任一点的参数。 §5.5
Smith圆图 在传输线上任一参考面上定义三套参量： ①反射系数Γ； ②输入阻抗Zin； ③驻波系数VSWR和Zmin 两组复坐标： r x r =const x =const Gre Gim 1.归一化阻抗或导纳的实部和虚部的等值线簇； 2.反射系数的模和辐角的等值线簇。 圆图就是将两组等值线簇印在一张图上而形成的。 将阻抗函数作线性变换至 G 圆上。 从z→G平面，用极坐标表示
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微波元器件讲解.ppt 130页
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微波元器件 5.2
功率分配元器件? 5. 3 微波谐振器件? 5.4
微波铁氧体器件? 图 5 – 28 各种微带谐振器 3. 微带谐振器
设微带线工作在准TEM模式, 对于终端开路的一段长为l的微带线, 由传输线理论, 其输入阻抗为 ??
Zin=-jZ0 tanβl
, λg为微带线的带内波长。 ?
根据并联谐振条件Yin=0, 于是有??
式中, λg0为带内谐振波长。 ? （5-3-19） （5-3-20）
由此可见, 长度为
整数倍的两端开路微带线构成了
微带谐振器; 长度为
奇数倍的一端开路一端短路的微带线构成了
微带谐振器。由于实际上微带谐振器短路比开路难实现, 所以一般采用终端开路型微带谐振器。 但终端导带断开处的微带线不是理想的开路, 因而计算的谐振长度要比实际的长度要长, 一般有 根据串联谐振条件Zin=0, 于是有 （5-3-21） （5-3-22）
式中, l1为实际导带长度, Δl为缩短长度。
微带谐振器的损耗主要有导体损耗、介质损耗和辐射损耗, 其总的品质因数Q0为
Qc, Qd, Qr分别是导体损耗、介质损耗和辐射损耗引起的品质因数, Qc和Qd可按下式计算:
（5-3-23） 式中，αc为微带线的导体衰减常数(dB/m); εe, q分别为微带线的有效介电常数和填充因子。通常Qr&&Qd&&Qc, 因此微带线谐振器的品质因数主要取决于导体损耗。 ?
4. 谐振器的耦合和激励 图 5 – 29
微带谐振器的耦合 ?
用平行耦合微带线来实现激励和耦合, 如图 5 - 29 所示。 不管是哪种激励和耦合, 对谐振器来说, 外接部分要吸收部分功率, 因此品质因数有所下降, 此时称之为有载品质因数记作Ql , 由品质因数的定义得 ??式中, Pl′=Pl+Pe, Pe为外部电路损耗的功率, Qe称为有载品质因数。一般用耦合系数τ来表征外接电路和谐振器相互影响的程度, 即 （5-3-24） （5-3-25） 于是
这说明τ越大, 耦合越紧, 有载品质因数越小; 反之, τ越小, 耦合越松, 有载品质因数Ql越接近无载品质因数Q0。 ?
（5-3-26） 图 5 – 30
单向器的连接
微波铁氧体的电阻率很高, 比铁的电阻率大倍, 当微波频率的电磁波通过铁氧体时, 导电损耗是很小的。铁氧体的相对介电常数为10~20, 更重要的是, 它是一种非线性各向异性磁性物质, 它的磁导率随外加磁场而变, 即具有非线性; 在加上恒定磁场以后, 它在各方向上对微波磁场的磁导率是不同的, 就是说其具有各向异性的。由于这种各向异性, 当电磁波从不同的方向通过磁化铁氧体时, 便呈现一种非互易性。利用这种效应, 便可以做成各种非互易微波铁氧体元件，最常用的有隔离器和环行器。 ?
1. 隔离器?
1) 谐振式隔离器?
由于铁氧体具有各向异性, 因此在恒定磁场Hi作用下, 与Hi方向成左、右螺旋关系的左、右圆极化旋转磁场具有不同的导磁率（分别设为μ-和μ+）。 设在含铁氧体材料的微波传输线上的某一点, 沿+z方向传输左旋磁场, 沿-z方向传输右旋磁场, 两者传输相同距离, 但对应的磁导率不同, 故左右旋磁场相速不同, 所产生相移也就不同, 这就是铁氧体相移不可逆性。另一方面，铁氧体具有铁磁谐振效应和圆极化磁场的谐振吸收效应。
所谓铁氧体的铁磁谐振效应，是指当磁场的工作频率ω等于铁氧体的谐振角频率ω0时, 铁氧体对微波能量的吸收达到最大值。而对圆极化磁场来说，左、右旋极化磁场具有不同的磁导率, 从而两者也有不同的吸收特性。对反向传输的右旋极化磁场，磁导率为μ+，它具有铁磁谐振效应，而对正向传输的左极化磁场，磁导率为μ-，它不存在铁磁谐振特性, 这就是圆极化磁场的谐振效应。铁氧体谐振式隔离器正是利用了铁氧体的这一特性制成的。 ? 图 5 – 31 谐振式隔离器的铁氧体位置
对于矩形波导TE10模而言, 其磁场只有x分量和z分量, 它们的表达式为 (5-4-1)
可见两者存在π/2的相差。在矩形波导宽边中心处, 磁场只有Hx分量, 即磁场矢量是线极化的, 且幅度随时间周期性变化, 但其方向总是x方向; 在其它位置上, 若|Hx|≠|Hz|,则合成磁场矢量是椭圆极化的, 并以宽边中心为对
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基于矩量法的印刷电路板的辐射分析
优质期刊推荐生物体组织微波介电特性的测量--《微波》1987年02期
生物体组织微波介电特性的测量
【摘要】：本文论述了改进的终端开路同轴谐振腔方法。由于考虑了辐射效应和高次模的影响,测量频率范围成功地扩展到了X波段。文中给出了人造模拟肌肉组织和狗的若干组织的测量结果,对生物电磁学的研究具有参考价值。
【作者单位】：
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