射频传输线的设计及仿真毕业论文(编辑修改稿)

射频传输线的设计及仿真毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

(zZin 与 0Z ， LZ ， z 及工作频率都有关系。 当传输线和负载阻抗均为给定值时，在线上分布的各点的输入阻抗随着距终端的距离 l 的改变呈现周期性变化，（周期 = 2/ ）。 且在一定的点上，有一定的阻抗关系，其关系式如下所示： Lin ZlZ )( 2nl （ n =0,1,2,∙∙∙） （ ） Lin ZZlZ 20)(  4)12(  nl (n =0,1,2,∙∙∙) （ ） 从式（ ）和（ ）可看出，当传输线上某点的输入阻抗等于其负载阻抗时，则该点距负载为半波长的整数倍，当某点的输入阻抗与特性阻抗的平方与负载阻抗的比值相等时，则该点距负载为 4/ 的奇数倍。 若 4/ 的传输线则具有变换阻抗性质的作用时，有且仅当 0Z为实数， LZ 为复数。 并联电路的阻抗计算，均匀无耗传输线上的输入导纳为表达式为 zjYY zjYYYzZzY LLinin t a nt a n)(1)( 0 00  （ ） 式中： 0Y —— 特性阻抗，001ZY 。 天津理工大学 XXXX届本科毕业设计说明书（毕业论文） 7 LY —— 负载阻抗，LL ZY1。 反射系数 由式（ ），（ ）可知，传输线的波一般是由入射波和反射波相互叠加而成的，为了描述传输线的反射特性，我们提出了“反射系数”这个概念。 当均匀无耗传输线终端连接任意大小负载时，沿线的电压表达式和电流表达式分别为： )()()(1)()()()(21021zIzIeAeAZzIzUzUeAeAzUrizjzjrizjzj （ ） 则距终端 z 处的反射波电压 )(zUr 与入射波电压 )(zUi 之比就为该处的电压反射系数 )(zu ，即 zjiru eAAzU zUz 212)( )()(  （ ） 根据以上推论作如下定义 —— z 处的电流反射系数为 )()( zz ui  （ ） 由此可得，传输线上随意分布各点处的电压反射系数，电流反射系数，大小小相等。 相位之间相差 =。 对于均匀无耗传输线上的电压和电流，也可以用入射波和反射系数来表示，即  )](1)[()( )](1)[()( zzIzI zzUzUii （ ） 由（ ）式可以得出输入阻抗与反射系数之间的关系为 )(1 )(1)( 0 zzZzZ in   （ ） 终端反射系数与负载阻抗之间具有一定的关系，如下式： LLL ZZ  110 （ ） 驻波比及行波系数 当终端负载阻抗不等于传输线的特性阻抗时，传输线上存在影响阻抗匹配的反射波，这种情况被称为传输线特性阻抗与负载阻抗之间的不匹配，即失配。 反射系数不仅可以用失配程度来描述，同时可以用驻波比，即 SWR 来衡量。 电压 /（电流）的 SWR 的定义为：传输线上电压 /（电流）的最大值比最小值，即 天津理工大学 XXXX届本科毕业设计说明书（毕业论文） 8 m inm a xm inm a x IIUU  （ ） 反射系数与驻波比之间存在着一定的数学关系，即：   11m inm a xUU （ ） 或 11  （ ） 传输线反射波的相对大小在有些时候也可以用行波系数来表示。 行波系数 K 的定义为传输线上电压 /（电流）的最大值和最小值之间的比值，因此，行波系数和驻波比之间为倒数关系，即 1K （ ） 由此可得，可以用驻波比，行波系数，反射系数的模值这三个参量来准确的描述传输 线上的反射波值的大小。 均匀无耗传输线工作状态的分析 传输线的工作状态从三个方面来描述，沿线电压的的分布规律，电流的分布规律，以及阻抗的分布规律。 均匀无耗传输线的工作状态，随着终端负载阻抗大小的改变和性质的不同，可分为三种。 行波状态（无反射情况） 当传输线为半无限长或者当负载阻抗等于传输线特性阻抗时，传输线上就没有反射波得存在，因此传输线就会在行波状态工作。 何为行波状态，即负载吸收了全部的入射功率，即传输线与负载之间达到匹配。 在行波状态下，线上的电压 的复数表达式与电流的复数表达式的数学关系式如下： zji eAzUzU  1)()( （ ） zji eZAzIzI 01)()( （ ） 行波状态下有着如下的分布规律： （ 1） 线上电压振幅，电流振幅值恒定，不发生变化。 （ 2） 电压行波相位与电流行波相位相等，均为时间 t 与位置 z 之间的函数，即 zt   （ ） 天津理工大学 XXXX届本科毕业设计说明书（毕业论文） 9 （ 3） 线上任意点处的输入阻抗均相等，与其特性阻抗相等，即 0)( ZzZin  （ ） 驻波状态（全反射情况） 当传输线终端在以下三种情况下，传输线终端的入射波将全部反射。 第一种情况。 短路时，即 0LZ ；第二种情况：开路时，即 LZ ；第三种情况下。 接纯电抗负载即 LL jXZ  时。 在以上几种情况下沿线入射波与反射波相互叠加形成驻波分布。 何为驻波状态，即负载对入射波功率的吸收为 0，也可以说负载与传输线完全失配。 驻波状态下有  ,1)(z。 驻波状态下的均匀无耗传输线有以下两个特点 : （ 1） 入射波波长等于驻波波腹值的二分之一，波节值等于零。 电流波腹与电压波节位于短路线终端；电压波腹与电流波节则位于开 路端；当连接负载为纯电抗时，终端既不是波腹也不是波节。 （ 2） 传输线相同位置的电压相位与电流相位之间相差 2 时因此驻波状态时，能量只能实现存储而不能进行能量的传输。 行驻波状态（部分反射情况） 当均匀无耗传输线终端连接一般复阻抗 LLL jXRZ  时， 1L。 表明入射波幅度大于反射波幅度，负载只是吸收了部分的入射波功率，线上不仅存在着行波，而且存在着驻波，因此传输线此时的的工作状态为行驻 波状态。 负载与传输线之间的失配程度决定了行波和驻波的之间的大小关系。 阻抗圆图 在计算时 为了使阻抗圆图能与任意特性的阻抗相适用，所以我们均利用归一化阻抗来处理圆图上的阻抗。 某点的归一化阻抗和它的反射系数之间存在着一定的数学关系，即： )(1 )(1)()( 0~ ZZZ zZz inZ   () )(1 )(10~zzZZL LZ   () 其中： )(~zZ 和 LZ~ —— 任意点和负载的归一化阻抗。 根据上述关系在极坐标系中可绘制出与之相应的曲线图，该图称为极坐标圆图，又名史密斯天津理工大学 XXXX届本科毕业设计说明书（毕业论文） 10 圆图。 工程中所用的史密斯圆图如图 所示。 图 工程用史密斯圆图 Figure Engineering using Smith chart 等反射系数圆 对于均匀无耗传输线，当其特性阻抗 = 0Z 且终端负载阻抗为 LZ 时，与终端相距 z 处的反射系数 )(z 为 vuj jjez   s inc o s)( () 其中  uvvu a r c t a n,222  （ ） 由上式（ ）可以看出，复平面上的等反射系数模  的轨迹是一个圆，这个圆以坐标原点为中心、反射系数的模  为半径，我们叫这个圆为为等反射系数圆。 又因为反射系数的模值 1 ，所以全部的等反射系数圆都位于单位圆内。 等阻抗圆 天津理工大学 XXXX届本科毕业设计说明书（毕业论文） 11 将 vu jz  )( 代入式（ ）并化简得 XjRjjjzZ vu vvu vuvu vu ~~)1( 2)1( )(1)(1 )(1)(~ 222222     这里 2222)1( )(1~ vu vuR   （ ） 22)1( 2~ vu vX   （ ） 式（ ）、（ ）可整理为如下两个方程 222 )1~( 1)1~~( RR R vu （ ) 222 )~1()~1()1( XXvu  （ ) 显然，上述两个方程在 vu j 复平面内是以 R~ 和 X~ 为参量的一组圆的方程。 式（ )是以归一化电阻 R~ 为参量的一簇圆，我们称之为等电阻圆。 式（ )是以归一化电抗 X~ 为参量的一簇圆 ，我们称之为等电抗圆。 阻抗圆图就是将等电阻圆和等电抗圆在在同一张图上表现出来。 传输线的阻抗匹配 在微波传输系统中，如果传输线与负载不相匹配，传输线上就会存在反射波，这一方面不仅会使传输线功率容量降低，另一方面也会增加传输线的衰减。 因此，微波。