3.5同轴线和微带线.ppt

同轴线同轴线是由两根同轴的园柱导体构成的导行系统,内导体的外半径为 b(d =2 b)、外导体的内半径为 a(D =2 a),两导体间填充空气(硬同轴线)或相对介电常数为? r 的高频介质(软同轴线,即同轴电缆)。同轴线是一种双导体导行系统,可传输 TEM 波, 以 TEM 波为工作模广泛用作宽频带馈线与设计宽带元件。但当其横向尺寸可与工作波长相比拟时, 同轴线中也会出现 TE 、 TM 模, 这是实用中所不希望的。一、同轴线的 TEM 模 TEM 模是同轴线的主模,是无色散波,其传输特性在长线理论中已从电路的角度讨论过。下面,将从场的角度讨论之。 1. 场分布 TEM 波, E z =H z =0 ,f c = 0 ,分布函数应满足?????????0),( 0),( 2 2??rH rE T T??与二维静态场一致,只要用解相应二维静态场的方法求出: ),,(),(量即可得沿z向传播的场??rHrE ??、2 当内、外导体间充满介质( ? r、? r)时) 115 3(),();,,( ),();,,( )( )(??????????ztj ztjerHtzrH erEtzrE ????????????) 116 3( 2,a k??????在真空中, 其中) 116 3( 22b k rr????????????) 117 3(???为在介质中的波长 r???3 设有一恒定电流 I 流过内导体(同轴线无限长), 则根据安培定律,有 1) 用静态场求分布函数 IrHrldH c????)(2 ????r IrH??2 )(?) 118 3(2 ??)(),(ar IHrHrH???????????即故波 TEM 方向传播的沿,, ? TEM T TH EHE?????, z ???H ErE TEM rrr ??),(???) 118 3()( 60 ?2 ?br Ir I r???????rr4 ) 119 3()2 ( ?);,,( )( 60 ?);,,( )( )(????????????ztj ztjrer ItzrH er ItzrE ???????????r代入( 3-115 )得 TEM ?波的行波解为 2) TEM ?模的场分布如图所示 5 2. 特性阻抗对 TEM 波(无色散波),沿 z向的单一行波电流为导体表面的纵向电流线密度的积分?????daaH daaJ z)()(I 20 20??????)120 3( )2 (2 )()(a eIea Ia ztjztj???????????电压是内、外导体间电场的线积分 dr er IdrrE ztjr ab ab r )()( 60 )(v ??????????)120 3() ln( 60 )(b eb aI ztjr??????6 特性阻抗 3. 传输功率 P与功率容量 P max )121 3() ln( 60 ) ln( 60 I v 0 b d D b a Z r r??????????? 20 *00 **2 II2Z vv2 1Iv2 1I ZZ P????????????????)122 3( ln 30 2 ln 60 0??????????????? d DI r d D Z r??7 设击穿电压强度为 E br,击穿将首先在电场最强的内导体表面( r = b)处发生, 则 br rEb IbrE???? 60 )(得代入即)122 3(,60 ?? rbrbEI ????????d DE bP br r ln 120 2 2 max?)123 3( ln 480 2 22????????? d DE d br r db?8 4. 衰减常数? c为导体损耗的衰减常数,对于空气介质的同轴线(硬同轴线)中, TEM 波的???? c。为求??,需先算出长度为 L的一段同轴线的衰减功率 P L。同轴线内、外导体表面的切向( ??向)的磁场分别为 dc?????,2 )(b IbrH????a IarH??2 )(??则 dsH RP S t sL 22???????????????? LL s dbbrHdz daarHdz R 0 200 20 2 2)()(2 ??????9 ???????????????? 20 20 2 2 2 2442 db Ida I LR s )1(2 2d DD ILR s???)(2 1P PL L??将上式及式( 3-122 )代入( 3-83 ))124 3(/ ln 1120 ???????????????mNd D d DD R p s?? d为介质损耗的衰减常数,对于软同轴线,其中填以高频介质,应考虑? d 。 10