传输线理论

《射频电路》期末答辩题目:传输线理论1308211010田梦圆1308211012李华1308211023刘苑1308211024罗佳1308211051张伟1308211057徐翰林合肥师范学院2013届本科生《射频电路》论文（设计）摘要随着科学技术的飞速发展，微波技术被广泛应用于工业，农业，生物医学，军事，气象探测，遥感遥测，交通管制以及各种通信业务中，学科之间的相互渗透不断加剧，在其他学科中应用微波理论和技术进一步深入研究的范例不断增多。传输线作为传输电磁波的导波系统，对电磁波的传输性能直接关系到电磁波信息能量的传送，越来越受到人们的重视，成为了很有意义的研究对象。但是电磁波在传输线的传播比较抽象，有必要对其进行形象化、直观化研究。TEM波场对应于电场有一电压波，对应于磁场有一电流波。本次毕业设计针对常用的均匀有耗和无耗传输线，运用分布参数电路法，建立传输线等效电路，即“化场为路”，学习了传输线方程及其解，得出：传输线的电压、电流具有波的形式，由向负载方向传输的入射波和向波源传输的反射波，这两列波叠加。并且对这一特性进行了MATLAB仿真，在代码中通过改变负载阻抗的大小使均匀传输线分别工作在行波状态，驻波状态和行驻波状态，观察并验证电压（电场）和电流（磁场）特性，仿真结果与理论很吻合。有助于对传输线特性的进一步理解。关键字：传输线微带线特性阻抗终端条件合肥师范学院2013届本科生《射频电路》论文（设计）AbstractWiththerapiddevelopmentofscienceandtechnology,microwavetechnologyiswidelyusedinindustry,agriculture,biomedicine,military,meteorologicalobservation,remotesensingtelemetering,withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,microwavetechnologyiswidelyusedinindustry,agriculture,biomedicine,military,meteorologicalobservation,remotesensingtelemetering,trafficcontrol,aswellasavarietyofcommunicationservicesrisingdisciplinethemutualinfiltrationbetween,theoryandapplicationofmicrowavetechnologyinotherdisciplinesfurtherin-depthstudytotherisingnumberofexamples.Transmissionlineasthetransmissionofelectromagneticwaveguidedwavesystem,theelectromagneticwavetransmissionperformanceisdirectlyrelatedtotheelectromagneticwaveinformationofenergytransmission,moreandmoregetpeople'sattention,hasbecomeaverymeaningfulresearchobject.Butthespreadofelectromagneticwavesontransmissionlinesareabstract,itisnecessarytocarryoutitsvisualization,visualizationresearch.TEMwavefieldcorrespondstotheelectricfieldhasavoltagewave,thereisacurrentwavecorrespondstothemagneticfield.Thegraduationdesigninviewofthecommonuniformlossyandnolossoftransmissionlines,usingthemethodofdistributedparametercircuit,buildatransmissionlineequivalentcircuit,namelyfieldtoroad,thestudyoftransmissionlineequationanditssolution,itisconcludedthat:transmissionlinevoltageandcurrentwaveform,bythedirectionoftheloadtransmissionofincidentwaveandthewavestransmissionofreflectedwave,thewavesuperposition.AndhascarriedontheMATLABsimulation,tothisfeatureinthecodebychangingthesizeoftheloadimpedanceoftheuniformtransmissionlineworkonwavestaterespectively,standingwavestatelineandstandingwavestate,observeandverifyvoltage(electric)andcurrent(magnetic)characteristics,thesimulationresultinaccordancewiththetheory.Helptothefurtherunderstandingthecharacteristicsofthetransmissionline.Keywords:transmissionlinemicrostriplinecharacteristicimpedanceTerminalcondition合肥师范学院2013届本科生《射频电路》论文（设计）目录2.1绪论.......................................................12.1.1引言...................................................12.2传输线理论的实质..........................................22.3传输线实例................................................32.3.1双线传输线............................................32.3.2同轴传输线.............................................42.3.3微带传输线.............................................42.3.4等效电路表示法..........................................62.4理论基础.................................................62.4.1安培定律...............................................62.4.2法拉第定律.............................................72.5平行板传输线的电路参量....................................82.6传输线方程..............................................102.6.1基尔霍夫电压、电流定律..................................102.6.2电压波和电流波.........................................112.6.3特性阻抗..............................................112.7微带传输线...............................................122.8终端加载的无损耗传输线...................................132.8.1电压反射系数..........................................132.8.2传播常数和相速度.......................................142.8.3驻波.................................................142.9终端条件................................................152.9.1无损耗的传输线的输入阻抗................................152.9.2终端短路的传输线.......................................162.9.3终端开路的传输线.......................................182.9.41／4波长传输线.......................................18参考文献......................................................20致谢..........................................................21合肥师范学院2013届本科生《射频电路》论文（设计）12.1绪论2.1.1引言频率的提高意味着波长的减小，当波长可与分立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。对于射频电路来说，当波长可与分立电路元件的几何尺寸相比拟时，电压和电流都将随着空间位置不同而变化，即必须把它们看成传输的波。学习本章的目的是完成由集成电路模型像分布电路模型的过渡，本章在阐述传输线基本理论的过程中，有意减少了对电磁场理论的依赖。本文首先对传输线的研究背景和现状进行了介绍，然后对传输线的理论，包括传输线按照发展的分类，用微波等效电路建立传输线方程，详细对方程的解进行了复习和巩固。对MATLAB软件简单地进行了介绍。上述理论的充分准备，使得后续的传输线代码编写以及调试仿真有了很好的理论指导。传输线理论是分布参数电路理论，它在场分析和基本电路理论之间架起了桥梁。合肥师范学院2013届本科生《射频电路》论文（设计）22.2传输线理论的实质假定将波限制在沿z方向延伸的导体中，则Ex有纵向分量Ez，该电场沿z方向的电压降：zzlEVd,)cos(0ztEExx的幅角变量是把空间和时间结合在一起，其空间特性用沿z方向的波长λ=2πβ表征，而时间特性用沿着时间轴的时间周期T=1/f表征f=1MHz,εr=10由2.1式,λ=94.86m对电压波：/)sin()cos(ztdzztV随时间和空间变化的情况如图2.1所示。传输线理论是分布参数电路理论，它在场分析和基本电路理论之间架起了桥梁。随着工作频率的升高，波长不断减小，当波长可以与电路的几何尺寸相比拟时，传输线上的电压和电流将随着空间位置而变化，使电压和电流呈现波动性，这一点与低频电路完全不同。传输线理论用来分析传输线上电压和电流的分布，以及传输线上阻抗的变化规律。在射频阶段，基尔霍夫定律不再成立，因而必须使用传输线理论取代低频电路理论。现在举例说明：分析一个简单的电路，该电路由内阻为R1的正弦电压源V1通过1.6cm的铜导线与负载电阻R2组成。电路图2.2如下所示：V(z,t)