2021-08-04 微波工程1-传输线 S参数

趋肤效应:电场形成与原电流相反的电流密度,在导体中心处,这种效应最强烈,致使导体中心的电流密度明显减小,随着频率的增高,电流趋于导体表面。
传输线:用来传输电磁信号能量和构成各种微波元器件。常见的射频传输线有平行线、同轴线、波导、带状线、微带线等。

特性阻抗Zc:指传输线上的行波电压和行波电流,或入射波电压对入射波电流之比,可表示为:Z0=R0+jX0,其中R0为特征电阻,X0为特征电抗。
传播常数: 决定波的传播范围 (衰减常数+相移常数)

传输线边界条件:终端条件、源端条件和电源、阻抗条件。
传输线阻抗公式特征:(1)半波长阻抗重复性 (2)1/4波长阻抗倒置性 -具有阻抗变换作用

均匀无耗传输线有三种工作状态
1)ZL=ZO时,传输线工作于行波状态(全匹配状态)。只有入射波,电压电流振幅不变,相位沿传播方向滞后;沿线的阻抗均等于特性阻抗;电磁能量全部被负载吸收。
2)ZL=0、∞、±jX时,工作于驻波状态(ZL=0,Γ=-1)。线上入射波和反射波的振幅相等,驻波的波腹为入射波的两倍,波节为零;电压波腹点的阻抗为无限大,电压波节点的阻抗为零,沿线其余各点的阻抗均为纯电抗;没有电磁能量的传输,只有电磁能量的交换。

3)ZL=RL+jXL时,工作于行驻波状态。行驻波的波腹小于两倍入射波,波节不为零;电磁能量一部分被负载吸收,另一部分被负载反射回去。

入射波: e -jBz沿正z方向以Vp速度传输的波,(反之为反射波)。

分析思路: 1分离变量法 2 归一化分析 3共轭 互易 镜像定理
传输线传输的波型(场结构、模式)

反射系数Γ:反射波与入射波之比(电压或电流)Γ=(ZL-Zo)/ (ZL+Zo),为0时全匹配,为1时全反射。
驻波比ρ: 沿线电压最大值与最小值之比,衡量失配的程度 ρ=(1+Γ)/(1-Γ) ,为大于1的无量纲实数,匹配时为1,全反射为无穷。
回波损耗RL(dB): 传输线端口反射波功率与入射波功率之比,表征端口不匹配引起的反射损耗程度。RL=-20log|Γ|dB
插入损耗IL: 在传输系统的某处由于器件或分支电路的加进某一电路时,能量或增益的损耗。是射频信号经过该器件的输出功率与输入功率之比

短路线-谐振器:短路线在驻波状态,电压和电流相位差pi/2,当为1/4波长时,呈现并联谐振,当为1/2波长时,呈现串联谐振。

S参数:S矩阵(散射矩阵): 表征端口网络的激励/响应关系
在一P1,P2二端口网络中,输入端口P1的规一化入射波电压为a1,规一化反射电压为b1;输出端口P2的相应入射波电压为a2,反射波电压为b2
S11=(b1/a1)a2=0,为端口P2接匹配负载时端口P1的反射系数。
S21=(b2/a1)a2=0 ,为端口P2接匹配负载时端口P1到端口P2的传输系数,描述二端口网络的损耗或增益特性。
S22=(b2/a2)a1=0,为端口P1接匹配负载时端口P2的反射系数。
S12=(b1/a2)a1=0,为端口P1接匹配负载时端口P2到端口P1的隔离度。表示除2端口外其余端口接匹配负载时2端口到1端口的传输系数。对于多端口网络的S参数描述与两端口网络相同。

S参数的优势:在射频测量中,端口的电压和电流是不易直接测量的,直接测量的一般是入射波功率。由于辐射,直接的开路是不易实现
的,而容易实现的是短路和匹配。所以,直接测量S矩阵更容易实现。

三点法测试S参数: 分别测出负载为匹配负载,开路、短路时的输入反射系数,就可以确定互易双端口网络的散射参数(S12=S21)

电磁场唯一性定理
1如果给定一个封闭面上的切向电场或切向磁场,则内部区域中的电磁场唯一确定。
2 只需给定参考面上的切向电场或切向磁场,则不连续性区域中的场唯一给定。
3 给定每个端口上电压(对应端口的切向电场)或电流(对应端口的切向磁场) (激励),共n个量,则端口上其余的n个电流或电压(响应)就唯一确定了。

传输线可分解为横向问题与纵向问题:
1横向问题对应场的横向因子满足的方程。
2纵向问题对应场的纵向因子满足的方程。
3 传输线的纵向问题相同

TEM 横电磁波 Ez=Hz=0 即无纵向场分量,横向场与静态场相同,只能存在于多导体系统
TE模 Ez=0 Hz不为0
TM模 Ez不为0 Hz为0 恒磁

相速度:等相位面沿传输线纵向移动的速度(大于光速)
群速度:许多频率组成的波群(信号)的速度,代表信号能量传播的速度。
色散:速度随着频率(波长)的变化而改变的特性,TE TM为色散波。
波导波长(相波长):波沿纵向的两相邻等相位面之间的距离,或等相面在一个周期内传播的距离。对于TEM波,其等于空间波长
波阻抗:相互正交的横向电场与横向磁场的模之比。对于TEM波,其等于介质波阻抗,如空气中为376.7欧姆


射频电路的建模本质上就是电磁场问题,利用微波网络方法:将射频电路分解为传输线和不连续性的组合,然后对传输
线和不连续性分别建模。

传输线建模:把传输线等效为双线,用特征参数-特性阻抗和传播常数表征。单模传输线等效为一条双线,m模传输线等效为m条传输线。

不连续性建模:可以采用集总等效电路模型,也可以采用网络矩阵表征。

于是,通过建模,射频电路等效为由传输线和不连续性网络构成的电路。射频电路就可以采用电路理论分析和设计,“场方法”转化为“路方法”,把复杂的三维电磁场问题转变为一维电路问题。

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 213,254评论 6 492
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 90,875评论 3 387
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 158,682评论 0 348
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 56,896评论 1 285
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 66,015评论 6 385
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 50,152评论 1 291
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 39,208评论 3 412
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 37,962评论 0 268
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 44,388评论 1 304
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 36,700评论 2 327
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 38,867评论 1 341
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 34,551评论 4 335
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 40,186评论 3 317
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 30,901评论 0 21
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,142评论 1 267
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 46,689评论 2 362
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 43,757评论 2 351

推荐阅读更多精彩内容

  • 姓名:傅昊升 学号:17021211248 转载至https://mp.weixin.qq.com/s/y0lsa...
    浅笑14569阅读 3,185评论 0 3
  • 第三部分 无线电系统原理 A0187[A] 无线电干扰中不属于有害干扰的是:[A]符合国家或国际上规定的干扰允许...
    COLOR_KU阅读 4,248评论 0 4
  • 表情是什么,我认为表情就是表现出来的情绪。表情可以传达很多信息。高兴了当然就笑了,难过就哭了。两者是相互影响密不可...
    Persistenc_6aea阅读 124,597评论 2 7
  • 16宿命:用概率思维提高你的胜算 以前的我是风险厌恶者,不喜欢去冒险,但是人生放弃了冒险,也就放弃了无数的可能。 ...
    yichen大刀阅读 6,042评论 0 4