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矢量网络分析仪测量-浅谈传输线理论

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矢量网络分析仪测量-浅谈传输线理论

发布日期:2016-08-27 作者: 点击:

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:

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图1 双绞线


 2.同轴电缆:


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图2 同轴电缆


3.微带线:

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图3 微带线


以及共面波导:


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图4 共面波导


4.波导


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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:


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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:


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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:

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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:

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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:


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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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