微波傳輸線的特性及應(yīng)用研究

摘 要：微波信號(hào)由傳輸線長度比傳輸信號(hào)波長的值確定，通常情況下信號(hào)路徑長度<1/6有效波長可判定該傳輸線為微波信號(hào)傳輸。微波傳輸線是高頻信號(hào)測(cè)量中一項(xiàng)很重要的電路裝置。本文先闡述了微波的概論，并分析了傳輸線理論。最后分析研究了微波傳輸線的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：微波傳輸線；特性；應(yīng)用研究

1 微波概論

1.1 微波的特性

微波是一種高頻率的電磁波，通常情況下為300MHz至300GHz，微波的波長很短，一般在微波頻段中，其頻率相對(duì)較高，而繞射能力卻相對(duì)較弱，因此主要利用微波于視距范圍進(jìn)行信號(hào)的直線傳播，也稱為視距傳播。微波技術(shù)的關(guān)鍵理論就是微波傳輸理論[1]。

1.2 微波傳輸線

微波傳輸線是基本的微波器件，微波傳輸線主要用來進(jìn)行微波信號(hào)、微波能量的傳遞。矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)、平行雙線、帶狀線、微帶線以及同軸線都是常用的微波傳輸線。微波傳輸線是一項(xiàng)引導(dǎo)電磁波沿特定方向傳輸?shù)南到y(tǒng)，所以需要滿足麥克斯韋方程及導(dǎo)體、介質(zhì)的邊界條件，也就是說，需要滿足的這兩點(diǎn)條件決定了導(dǎo)行電磁波的傳輸特性以及電磁場(chǎng)的分布規(guī)律。

2 傳輸線理論

2.1 傳輸線方程

接有信號(hào)源、負(fù)載的傳輸線電路如圖1所示。

式中的？祝Z表示電壓反射系數(shù)，反映了終端在負(fù)載狀況下入射波造成的反射情況。

（4）特性阻抗。特性阻抗是指單獨(dú)的電壓、電流入射波的比，一般為復(fù)數(shù)，虛部和傳輸線損耗相關(guān)，實(shí)部對(duì)傳輸線上傳輸?shù)哪芰科鸬搅藳Q定性的作用[2]。

3 微波傳輸線的應(yīng)用

微波測(cè)量中的微波傳輸線匹配情況意義重大，通常情況下對(duì)于高頻信號(hào)幅度信息及傳遞均需要利用微波傳輸線，傳輸線駐波會(huì)影響到測(cè)量的誤差。一旦傳輸線、負(fù)載、信號(hào)源等形成的微波測(cè)量系統(tǒng)中的負(fù)載不能和傳輸線相匹配，就會(huì)形成駐波，不但會(huì)降低傳輸線功率容量，還會(huì)將傳輸線的衰減程度增加，導(dǎo)致信號(hào)源頻率及輸出不穩(wěn)定，難以獲得全部入射功率[3]。

3.1 駐波造成的測(cè)量值的影響

實(shí)際進(jìn)行高頻信號(hào)檢測(cè)的時(shí)候，需要檢測(cè)高頻信號(hào)發(fā)生器輸出功率、高頻衰減器、掃頻儀寄生調(diào)幅系數(shù)、調(diào)制參數(shù)調(diào)幅度、超高頻毫伏表等，確保這些狀態(tài)良好能夠?qū)ξ⒉▊鬏斁€作用的發(fā)揮起到重要作用，需要采用適合的微波傳輸線實(shí)施測(cè)量。如果是頻率不太高的情況下，選用BNC傳輸線測(cè)量，如果頻率≥200MHz需要選用N型同軸線測(cè)量。頻率升高會(huì)帶動(dòng)傳輸線的損耗程度，駐波系數(shù)增加會(huì)引起誤差增加。

高頻功率測(cè)量過程中，采用的傳輸線路不同，測(cè)量得到的結(jié)果也不相同。傳輸線駐波大時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量功率誤差。在微波測(cè)量時(shí)不同頻段采用相對(duì)應(yīng)的傳輸線，能夠確保微波傳輸測(cè)量得到的結(jié)果具有準(zhǔn)確性。例如2.4mm同軸線、平接頭傳輸線、k型頭都是微波頻段中常用的傳輸線[4]。如果是小傳遞標(biāo)準(zhǔn)的微波，電阻功分器、定向耦合器等也具有定標(biāo)作用，不可忽視。采用微波網(wǎng)絡(luò)分析儀里特有的標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)件可確保傳輸系統(tǒng)的匹配性良好，可以將測(cè)量誤差極大的降低。

3.2 50？贅阻抗和75？贅阻抗之間的換算

實(shí)際檢測(cè)時(shí)候通常會(huì)遇到這樣的問題，比如標(biāo)準(zhǔn)儀表多為50 阻抗，電視信號(hào)源大多為75？贅阻抗，這時(shí)候阻抗顯然不能匹配。通常情況下需要利用阻抗變換器換算，使之匹配，將測(cè)量問題解決。我們采用以下方法分析。圖2為信號(hào)源和負(fù)載的連接示意圖。

通過式（15）、式（16）可知，如果負(fù)載阻抗RL=75 ，產(chǎn)生的電壓比負(fù)載阻抗RL=50？贅時(shí)大1.57dB，端電壓則+4.43dB=電動(dòng)勢(shì)。

綜上所述，在實(shí)際測(cè)量過程中，最好先利用網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)高頻傳輸線以及阻抗進(jìn)行測(cè)量，如果與駐波要求相符合再進(jìn)行測(cè)量，這樣能夠?qū)y(cè)量誤差極大的降低。

4 總結(jié)

微波信號(hào)由傳輸線長度比傳輸信號(hào)波長的值確定，通常情況下信號(hào)路徑長度<1/6有效波長可判定該傳輸線為微波信號(hào)傳輸[5]。在高頻信號(hào)測(cè)量過程中，微波傳輸線發(fā)揮了重要的作用。高頻功率測(cè)量過程中，采用的傳輸線路不同，測(cè)量得到的結(jié)果也不相同。需要依據(jù)微波頻率進(jìn)行傳輸線的選擇，確保與傳輸系統(tǒng)相匹配。通過情況下采用增加非互易隔離器或去耦衰減器來實(shí)現(xiàn)信號(hào)源阻抗匹配，這樣可以將發(fā)射波吸收，起到保護(hù)信號(hào)源的作用。

參考文獻(xiàn)

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