矢量网络分析仪测量-浅谈传输线理论

矢量深圳网络分析仪测量-浅谈传输线理论,射频和微波测量领域中的传输线的定义为：引导电磁波传播的由平行双导体构成的传输线（Transmission Line）。人们熟知的传输线有双绞线、同轴电缆、微带线（包括共面波导）、波导等等。

传输线理论常用于微波器件测量和分析中，原因是当器件的工作波长λ和器件的尺寸L可以相互比拟时（分界线L/λ≥0.05），通过器件的信号就会有有明显的波动效应，此时必须考虑传输线效应，即分布参数电路分析。有时我们也将传输线理论也称为长线理论。

长线        分布参数，应用于高频，如射频、微波领域

短线        集中参数，常见于直流和低频，如交直流电路

分界线：L/λ≥0.05

最常见的几种传输线：

1.双绞线：

图1 双绞线

 2.同轴电缆：

图2 同轴电缆

3.微带线：

图3 微带线

以及共面波导：

图4 共面波导

4.波导

图5 波导

沿着传输线传输的信号称为行波，行波可分为2类：前向和反向。在微波测量中，功率是最基本的测量参数。在微波电路和器件设计中，传输线专门用来传送信号；换言之，信号功率通过传输线来传导，功率被分为前向功率和反向功率。大多数传输线的特点是，它们沿其长度具有均匀的横截面的尺寸，并且给它们一个统一的阻抗，称为特征阻抗Zo。

下图为一个接源和负载的双导线传输线的原理图，其中Vs表示为源电压和表示为源Zs阻抗，ZL表示为负载阻抗：

图6  一个接源和负载的传输线的原理图

如果我们引入电压和电流，并将传输线的参考端口，也就是输入端口定义为1端口，传输线原理图为：

图7 传输线原理图2

    假设传输线任一点处的电压为V(z)，电流为I(z)，那么传输线阻抗可以表示为电压和电流的关系。在参考点端口1处，总电压为V1为前向电压VF和反向电压 VR之和：

V1=VF+VR（1）

根据图7，源电压：   

Vs=V1+I1Zs（2）

流入传输线的瞬时电流，即前向电流IF：

假设传输线为无限长，由于前向电压为负载为Z0端口1处的电压，源阻抗ZS等于传输线特征阻抗Z0，并且Z0为实数，传输线原理图可表示为：

图8 传输线原理图3

源端的输出电压等于源内阻抗产生的压降和端口1处的压降之和：

Vs=V1+I1Z0（4）

由于源阻抗ZS等于传输线特征阻抗Z0，从式（3）流入传输线的瞬时电流，即前向电流IF：

从式（4）和式（5）我们可以得到传输线前向电压VF为：   

VF=IFZ0=0.5Vs

VF=0.5(V1+I1Z0)

------（6）

从式（1）和式（6）从而得到反向电压VR为：

VR=0.5(V1-I1Z0)（7）

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