你的位置:首页 > 知识课堂 > 正文

传输线理论

发布时间:2013-08-15

目前,传输线理论在当代的应用可谓是越来越广泛,传输线理论是值得我们好好学习的,现在我们就深入了解传输线理论。

传输线理论
传输线理论

传输线指的是能够传输电信号的连接器。(就是电线,在电路板上就是那些铜箔线。)

传输线理论

在信号完整性和电源完整性,工程师必须理解传输线理论基础,这里给出简单的传输线理论,并随后引出关于特性阻抗的概念。

在低频时候,例如一个台灯的电源线长2米,其电源的工作频率是50Hz,波长就是6000公里。这根电源线相对于波长来讲是非常短的,不需要考虑波动效应,我们可以把它看成短路。
而对于一个便携式产品如手提电脑、PDA等PCB板设计,假如工作频率在100MHz或者几个 GHz,工作的波长和连接器的尺寸可以相互比拟,在连接器上面信号已经有明显的波动效应,这时必须考虑传输线效应。在PCB设计者常见的传输线有微带线 (microstrip)、带线(stripline)、电缆(cable)、连接器(connector)等等。
对于简单的传输TEM模式的单线传输线,例如微带线,可以等效成如下简单的结构:
上图中RLGC为单位长度的电参数,其中RG值与导体损耗,介质损耗,辐射损耗相关,LC和物理横截面尺寸相关;等效的RLGC参数一般情况下都是频率的函数。
在一些特殊情况下(低频或者频带相对比较窄等)RLGC近似看作是常数。取长度dz,传输线方程:
或者写成时谐条件下频率域方程
可以看出,上面方程是关于v或者i相互独立、无耦合的二阶椭圆微分方程,其解可以表达成简单的指数函数(或者三角函数)的组合。
对于多线传输网络,需要耦合传输线理论进行分析。

传输线理论知识

传输线理论本质上属于以为分布参数电路理论。传输线即可以作为传输媒介,也可以用来制作各种类型的器件,如谐振电路、滤波器、阻抗匹配电路、脉冲形成网络等等,现代天线也与传输线密切相关,相关内容将在后续课程中介绍。
原则上讲求解本章问题可以采用前半部分的理论推导方式,这也是相关现代软件编程设计的基础,也可采用本章后半部分介绍的圆图方法,简便的得出问题的答案。

传输线理论
传输线理论

如何学习好传输线理论?

无损耗的传输线,其特性阻抗不随频率而改变,有损耗和传输线其特性阻抗随频率而改变

不计损耗的情况下,相速等于介质中的光速,这是TEM模的共同特点。

已知传输线上一点电压和电流,可求得传输线上任意一点电压和电流。

(有耗线上的反射系数)在有损耗的传输线上,越靠近负载,因为入微波幅度变小,相位变得滞后,而反射波幅度变大,相位变得超前,所以反射系数模变大,相位变得超前。在终端处反射系数幅度最大。

(反射系数与输入阻抗)因为在任何一点,电压值都可用入射电压和反射电压表示,也即可以用入射电压和反射系数表示,这个规律对有损耗的和无损耗的传输线都实用,电流值也是如此。所以输入阻抗与反射系数的关系式对有损耗的和无损耗的传输线都适用。这样,反射系数和规一化输入阻抗的对应关系始终成立。

(阻抗变换公式)书上从终端到源阻抗变换的公式用了阻抗与反射系数的关系式,而在用终端反射系数表示源端反射系数时用的公式是用的无损耗线的反射系数的变换公式。所以这个阻抗变换是针对无耗线的。

(关于驻波)如果是无损耗的线,则整个线上入射波电压幅度相等,1+反射系数  的模决定了电压的模周期性的变化,形成驻波。而如果是有损耗的传输线,则从终端向源运动时,入射波模变大,反射系数模变小,那就表现为,在原来电压模值驻波的波形上,整个波形向上移动,波动的幅度变小。

(传输功率)传输线上任意点处传输的功率等于   该点处入射波功率-反射波功率。  而对于无耗线,入射波和反射波的模值在线上不变,固功率就不变,所以可取任意点来计算传输功率。这个功率和电压最大值,特性阻抗,反射系数也即驻波系数相关。

(导纳圆图)阻抗圆图上,任意一点A,经λ/4变换,到另一点B,相当于在圆图上旋转了180度,此时有个反射系数与B对应,B点当然也有个归一化的输入阻抗,同理,这个阻抗值也对应着一个归一化的导纳,这样,就形成了反射系数与导纳对应的关系。而B点的导纳,就是A点的阻抗。这样,将整个圆图旋转180 度,并且对电阻电抗的标识不变,就得到导纳圆图。进而就得到导纳与反射系数的对应关系。  这样将阻抗圆图和导纳圆图放在一起,任意一个点,从阻抗圆图读出的是对应的归一化阻抗,从导纳圆图上读出的是归一化导纳。这样,反射系数就和阻抗和导纳都对应起来了。

(信号源与传输线的匹配)负载如果不匹配,那么入射电压波到这里,就会被反射回源端。这个反射信号到了源端,如果源内阻与传输线不匹配,那么又会被反射。那么入射波就成了源端输入的电压波,与这个第二次被反射的电压波的叠加。

      所以,为解决信号源与传输线的匹配,信号源经过隔离器或环形器再与传输线连接。隔离器和环形器能吸收负载产生的反射波,消除或者减弱负载不匹配对信号源的影响。

      这样,送到终端的信号始终是源发出的信号了。

综上所述,本文已为讲解传输线理论,相信大家对传输线理论的认识越来越深入,希望本文能对各位读者有比较大的参考价值

浏览过本文<传输线理论>的人也浏览了   

传输线理论
http://bbs.cntronics.com/thread-201139-1-1.html


PCB电路板电磁兼容问题
http://club.cntronics.com/space.php?uid=169054&do=blog&id=24701

怎样理解阻抗匹配?
http://club.cntronics.com/space.php?uid=99616&do=blog&id=33380



特别推荐
技术文章更多>>
技术白皮书下载更多>>
热门搜索

关闭

关闭