上式中b为同轴线外导体内半径,a为内导体外半径。
同轴传输线中TEM波的相位常数,相波长,相速和群速四个基本参数分别为:
1.2 同轴线的高次模——TE/TM
同轴线的高次模为TE模和TM模。其分析方法可参照圆波导的分析方法,此处省略一堆公式。
因此,为使得同轴线中只传输TEM波,则必须满足下面公式:
上式称为同轴线的单模传输条件,Lambdamin是工作频段内的最小截止波长。
在行波状态下,同轴线传输TEM模的平均传输功率为:
若同轴线的击穿电压为Vb,则同轴线的功率容量可表示为:
若击穿电压Vb所对应的击穿电场强度为Eb,则可得出:
对于50-16型硬同轴线,b=8mm,a=3.475mm,Er=1,Eb=30kV/cm,可算出该同轴线的功率容量为Pb=766kW。
2.2 损耗
对于内部填充空气的硬同轴线来说,其损耗主要来自于内外导体的导体损耗。
对于软同轴线,其损耗除了上面所介绍的金属损耗外,还有介质损耗:
上式中第 1个因子与频率f成正比,损耗角正切也随频率升高而增加,故介质损耗随频率而升高。
同轴线的设计原则
设计同轴线时,主要是选择合理的内外半径尺寸,其原则是:保证在给定的工作频率内之传输TEM波;满足功率容量要求;损耗小。
1,为保证只传输TEM模,波长与同轴线内外半径比必须满足:
2,同轴线的功率容量尽可能大,同轴线的功率容量与内外导体半径相关,曲线如下图所示:
此时的半径比为b/a=1.649,对应的特性阻抗为30 Ohm
3,损耗小,根据上图可知,对应的内外半径比为 b/a=3.591,此时的特性阻抗为76 Ohm。
4,损耗和功率容量两者折中取特性阻抗为50Ohm的通州传输线,此时的内外半径比为 b/a=2.303.
参考阅读
1, 《微波技术与微波器件》
2,《简明微波》
- 详解各种各样的 “BW” —OBW,IBW ,RBW,VBW
- 射频工程师必知必会——电压驻波比VSWR和回波损耗RL