传输线理论在场分析和基本电路理论之间架起了桥梁,因此它在微波网络分析中有重要意义。传输线中的波传播现象可以从两个角度阐述:
1、从电路理论的延伸的推导,
2、从麦克斯韦方程的一种特殊情况解释。
As shown below👇
一、传输线的集总元件电路模型
电路理论和传输线理论之间的关键差别是电尺寸。
电路分析假定网络的物理尺度比电波长小得多,而传输线的尺度则可能为一个波长的几分之一或几个波长。
因此,传输线是分布参量网络,在整个长度内其电压和电流的幅值和相位都可能发生变化。
如图所示,传输线经常用双线来示意,因为传输线(对TEM波传播)至少总得有两根导体。
无穷小长度△z的一段线可以模拟为一个集总元件电路,其中R ,L,G,C为单位长度的量,定义如下:
- R:单位长度的电阻(欧姆/米)
- L:单位长度的感抗(亨利/米)
- G:单位长度的导纳(西门子/米)
- C:单位长度的电容(法拉/米)
传输线方程:
传输线方程是描述信号在传输线中传播的重要数学模型。它们基于基尔霍夫电压定律和电流定律,结合上述参数,可以得到以下两个方程:
二、传输线场分析
从麦克斯韦方程出发,导出电报方程的时谐形式的方法。
用传输线上的电磁场来推导出传输线参量(R,L,G,C),然后利用这些参量,在同轴线的特殊情况下导出电报方程。
而大多数传输线的传播常数﹑特征阻抗及衰减都可以直接由场论的解导出。
先求出等效电路参量(L,C,R,C)的方法只适用于相对简单的传输线。但它提供了一个有用的直观概念,而且把传输线与其等效电路模型联系起来。
利用导出的同轴线的L,G和C的结果,得到电报方程为
传输线理论通过引入特征阻抗(Z0)、传播常数(γ)等参数,将电路元件的阻抗特性和电磁波的传播特性统一起来。这些参数不仅描述了传输线的电气性能,还反映了电磁场的分布和变化。
通过求解传输线方程(如电报方程),可以得到传输线上任意位置的电压和电流分布,进而分析电路的响应特性。