射频，其实没那么神秘之传输线

1年前浏览846

在昨天的推文里，我们向大家推荐了梁老师的书——《简明微波》。之前我们的一些文章也是基于《简明微波》书籍的学习。

详细阅读：

《简明微波》强烈推荐

今天我们接着来学习传输线基础——低频传输线和高频传输线。

我们这里所说的低频传输线，主要是指传输波长远大于传输线长度的电路，高频传输线就是波长课传输线长度接近的电路。我们在课程中学习到很多有关低频电路的知识，包括《电路原理》，《低频电子线路》等，但很少有关于低频传输线的课程，其实很简单，对于通信这个专业来说，研究的都是小信号电路，那么一点电压下，那么一点电流通过的两根线有什么好研究的呢？

但是对于强电专业或者涉及到特高压传输，那么这么一根电线学问就大了。这里不做详细讨论。

为了更好的对比微波传输线，我们简单介绍一下低频传输线的特性。
对于一根金属电线，低频电磁波的电磁能量均匀的分布在金属导线内，电流和电荷可等效集中在导线上。如下图所示：

低频电磁波只在金属导线内部传播，外部极少。无论导线如何弯曲，低频电流都在导体内部和表面附近，我们利用欧姆定律就可以进行计算。比如计算一个半径为2mm铜导线单位长度的直流线耗R0.

利用欧姆定律可得，代入铜的电导率：

可得：

当电磁波频率升高到微波频段时，根据前面的介绍，我们知道出现的第一个问题就是金属导体的趋肤效应。金属导体内的电流，电荷和场就会分布到金属导体的表面，如下图所示：

我们假设电磁波的频率为10GHz，波长为30mm，对于上文同样的铜导线就会有趋肤深度：

进而可得：

此时铜导线的电阻为：

由于：

和上文在直流下的电阻进行对比，电阻在10GHz增加了1500倍。相应的损耗也就增加了1500倍。

损耗是传输线的一个重要指标，如果要让微波频率下的损耗和直流相同，那么需要的传输线半径r就要增加到3米，直径6米。这个有多粗呢？自行脑部一下吧。两米高的实心微波传输铜柱的重量约为514吨，也就是孙悟空金箍棒的六十倍。不知道孙悟空拿得动拿不动？

趋肤效应带来的第二个问题就是金属柱内部几乎没有电磁波分布，没有能量传输。
也就是我们想把电磁波关在铜导线内这条路是行不通的。铜的损耗太大了。。。其实我们也关不住，电磁波的大部分功率是在空间进行传播的。铜导线只是电磁波的路标，为电磁波的传输指明了方向。因而对于微波传输线我们又成为导波系统——Wave Guide。
所以我们在研究电磁波的同时，不仅要研究它的导波系统，更要研究它的周围空间。

注释：
本文主要参考《简明微波》，仅供学习分享，如有侵权，请联系删除。

推荐阅读：
相关文章，在仿真秀官网搜索：

射频工程师必知必会——射频微波通信系统基础
射频工程师必知必会2——微波电路的基本常识
射频工程师必知必会3——微波网络与Smith圆图
一文读懂 ‘dB’——射频工程师必知必会
详解各种各样的 “BW” —OBW，IBW ，RBW，VBW
射频工程师必知必会——为什么是“50欧姆”？
射频工程师必知必会 —— 一文读懂定向耦合器
详解定向耦合器之分支线定向耦合器
详解功率放大器PA设计指标
射频工程师必知必会——趋肤效应和趋肤深度
详解射频电路中的电阻，电容和电感
射频工程师必知必会——波导定向耦合器
详解平行耦合线定向耦合器
射频工程师必知必会——长线效应与分布参数
一文看懂电磁波的波段命名
射频工程师必知必会——电压驻波比VSWR和回波损耗RL
射频工程师必知必会——全反射，您真的理解透了吗？
我们都应该懂麦克斯韦方程
射频工程师必知必会——史密斯圆图
射频工程师必知必会——阻抗匹配的概念
射频工程师必知必会——四分之一波长阻抗变换器
射频工程师必知必会——无源互调 PIM
射频工程师必知必会——微波传输线

来源：射频学堂

射频微波电路电子通信

著作权归作者所有，欢迎分享，未经许可，不得转载

首次发布时间：2023-03-05