微波射频学习笔记2--------传输线理论

传输线理论
1.特征阻抗Z0
在高频范围内，信号传输过程中，信号沿到达的地方，信号线和参考平面（电源或地平面）间由于电场的建立，会产生一个瞬间电流，在信号传输过程中，传输线就会等效成一个电阻，大小为V（行波电压）/I（行波电流），把这个等效的电阻称为传输线的特性阻抗Z0；输入阻抗Z1指的是传输线上总电压V(z)/总电流I(z)。
50Ω的特征阻抗：阻抗为51.1Ω时，趋肤效应带来的损耗最小，为了方便计算，行业同一为50Ω；
理论证明：线越宽，阻抗（特征阻抗）越小。（类似导体电阻值与粗细成反比的概念，但特征阻抗与长度无关）；
阻抗会随位置变化。

2.插入损耗IL
为了描述波的传输，引入概念传输系数T：T= 2Z1/（Z1+Z0）；传输线中两点间的传输系数T常常用dB（分贝）表示成插入损耗IL = -20lg|T| dB。
注：Z1和Z0 分别是传输线上两个点的阻抗。

3.分贝（dB）、dBm的概念
在微波系统中两个功率电平P1和P2之比用dB表示为10lg（P1/P2），
如P1/P2=2，等效于3dB，即功率降低一半，衰减3dB；
若令P2=1mW，则P1可以用dBm来表示为10lg（P1/0.001W），
如1mW的功率为0dBm；1W的功率为30dBm；
引入lg公式的好处就是：将乘除运算转为加减运算。

4.阻抗匹配
理论证明：1/2波长的线不变换或不改变负载特征阻抗；
理论得出：若线的长度为1/4波长，则：

λ/4阻抗变换器的缺点是频带窄，只能对中心频率f0匹配。当频率f偏离中心频率f0时，主传输线上有反射产生。频率f偏离中心频率f0越大，主传输线
的反射系数模|Γ|也越大。为展宽带宽，可以采用两节或多节λ/4阻抗变换器。用两节或多节λ/4阻抗变换器时，满足一定反射系数或驻波比的工作带宽比用单节λ/4阻抗变换器时宽得多。
λ/4阻抗变换变换的是电压和电流的幅值，因为阻抗=电压/电流，且λ/4内一定会有电压和电流的波谷点和波腹点！

5.三种传输模式
TEM波：横电磁波，电场、磁场与电磁波传输方向垂直；
TE波 ：横电波，电场与电磁波方向垂直，传输方向上有磁场分量；
TM波 ：横磁波，磁场与电磁波方向垂直，传输线上有电场分量。
TEM波传输线：同轴线、带状线、微带线、平行双导线，属于多导体传输线，无色散、工作频带较宽，但高频损耗大；
TE/TM波传输线：金属波导、介质波导，属于单导体传输线，高频损耗小、功率容量大，但体积大、频带窄。

6.长线理论
当传输线的几何长度比传输线号的波长要还长或者差不多时，传输线是长线，反之为短线。
长线用传输线理论来分析，因为在一个完整的波长内，电场和磁场即随着时间变化，也随着空间变化，电压和电流的幅度、相位都是波动的。
短线用电路理论来分析，因为传输线的几何尺寸比传输信号的波长短很多，不用考虑沿线个点电压和电流的幅度相位变化。

7.传输线的分布参数
当高频信号经过传输线的时候，会产生（以平行双导线为例）：
①L（H/m），导线流过电流时，会产生高频磁场，因此沿线各点会存在串联分布电感；
②C（F/m），两导线加上电压时，线间会存在高频电场，因此线间会产生并联分布电容；
③R（Ω/m），电导率有限的导体，本身就存在分布电阻；
④G（S/m），导线间介质非理想介质，存在漏电流，所以存在并联分布电导。
这些分布参数，低频时影响较小，高频时引起的沿线电压、电流幅度变化、相位滞后是不能忽略的，这就是所谓的分布参数效应。
实际应用中，考虑到线损很小，认为R=G=0，所以理论简化后，特征阻抗Z0=√（L/C）。

8.史密斯圆图
一个在图中简单、直观地显示传输线上各点阻抗与反射系数的关系图。（ps：朕看不懂）

9.常用的传输线
下面依次是：微带线、带状线、共面波导、耦合微带线、耦合带状线、槽线、波导、同轴线