微波技术基础第12次课
41页1、微波技术基础,詹铭周 副教授 电子科技大学电子工程学院 地点:清水河校区科研楼C305 电话:61831021 电邮:,第三章总结,微波集成传输线:定义 传输线的类型,支持的导波类型(微带准TEM) 微波集成传输线的特点,优点,应用场合 分析方法:场(第二章(重点)与路(第五章(重点)的区别,集成传输线总结,微波集成传输线分析方法,分析方法有两类:解析方法和数值解法 目标,传输线的特性阻抗和传播常数。 1、解析方法准静态法 把主模当成纯TEM分析,通过计算结构的静电容得出结果。包括:保角变换、变分法、有限差分和积分方程。准静态法在低频情况下完全能满足工程设计的需求。 2、数值方法全波分析法(麦方程求解困难的时候) 考虑所有混合模式。积分方程方法,谱域法,以及时域有限差分法(FDTD) 等,有限元法等。 全波分析方法更严格,可精确计算出与频率相关的参数。,第五章内容,传输线定义?微波传输线形式? 如何利用传输线理论的路导波理论的场联系起来? 微波系统的复杂性(模式多,场解复杂)等效电路法可以简化设计过程。 研究对象从场解(E、H等)路相关的参量(U、I、L、C、R、G、Z0等) 分布参数
2、与集中参数的区别? 电报方程与端接条件?,第5章 传输线的电路理论,5.1 引言 传输线的实例包括:连接运营商和有线电视、有线电话之间的电缆或者光纤,连接发射机和天线之间的馈电线,人脑中的视神经与神经网络也是传输线。 传输线的实例还有很多,只要是能够在两点之间传送能量或者信息的网络或者结构都可以作为传输线的实例被列举出来。 微波传输线定义:连接激励源和负载的网络,用于把电磁能量或者电磁信息从一处传送到另一处。,发电厂,用户家中,交流电频率 (f) is 50 Hz 波长 (l) is 5 106 m,高压传输线,传输线的形式1,信号频率 (f) 5 GHz 波长 (l) 6 cm,微带线,带状线,传输线的形式3,选择何种形式的传输线必须根据其应用场合和目的,例如,用于传输兆瓦级电磁能量的高功率传输线必须具有高功率容量和低损耗特性,一般都非常笨重;然而,我们电脑中的CPU就很轻巧,并具有很高的电路布线密度,里面的微细互联线就必须要精确设计才能满足传输电磁信息的需求。在电子工程的应用中,传输线的选择决定于很多因素,例如工作频率、功率容量、损耗和电路拓扑等等。,我们研究的传输线是微波传输线
3、严格来讲:传输理论源于(准) TEM波的导波系统的研究 这是第五章内容的前提。 广义传输线:TE,TM怎么等效,多模混合又如何等效?,一般微波传输线的要求:,能量损耗小,工作频带宽,功率容量大,传输效率高,尺寸小和成本低。 例如,微波频段用得较多的传输线形式是同轴线、矩形波导、圆波导、带状线和微带线。在实际工程应用中,从传输性能上考虑,工作在米波和分米波的低频段范围内,可采用双导线或同轴线;在厘米波段可采用空心金属波导管、带状线、同轴线和微带线等;在毫米波范围内可采用空心金属波导管、同轴线、介质波导、介质镜像线和微带线;在光波段范围采用光纤。,研究传输线的目的 微波电路与系统的分析方法: 场解法和微波等效路法。,场解法根据边界和初始条件求电磁场波动方程的解,得出电磁场随时间和空间的变化规律; 微波等效电路法利用分布参数电路的理论(传输线的电路模型)来分析电压波(对应电场)和电流波(对应磁场)随时间和空间的变化规律。,两种分析方法的对比 场解法分析问题具有普遍性, 结构简单的元件,分析起来也是相当繁琐,复杂结构的元件就更难以进行。 为了寻求分析复杂微波系统传输特性的简单方法,工程上发展了
4、微波等效电路法简单但是足够精确。 微波等效电路法又称传输线电路理论,亦称分布参 数电路理论,将电磁场的问题,在一定条件下化为电 路的问题来求解,即 “化场为路”,使问题得以简化。,第5章 传输线的电路理论,传输线电路理论是微波电路设计和微波网络理论的基础。,微波等效电路的具体做法是,实际的微波系统都是均匀导波系统和不均匀区构成。 1、根据均匀导波系统是引导电磁波的作用而将其等效为具有分布参数的均匀传输线。 2、根据不均匀性(依据高次模不传播,局域存在,虚功),一般是储能与耗能而把它们等效为集总参数网络,不同结构的不均匀性等效为不同结构和不同性质的网络。 3、确定均匀导波系统与不均匀区的分界面。,5.2 分布参数的概念,分布参数电路是相对于集总参数电路而言的,集中参数电路和分布参数电路的分界线可以认为是l/0.05。 分布参数电路与集总参数电路的区别,分布参数电路与集总参数电路的区别,集总参数电路: 在频率很低时,电路的物理尺寸远小于工作波长。这个条件暗示了当负载通过一段传输线接在激励源后时,电压会瞬时出现在负载上而不存在时延,同时,也暗示了集总参数的器件,如,电感、电容和电阻的尺寸也都
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