1、同軸線的概念

所謂同軸線（Coaxial Line）在這里是指一種雙導(dǎo)體傳輸線，在國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14733.2《電信術(shù)語 傳輸線與波導(dǎo)》中的定義是：由兩根同軸圓柱形導(dǎo)體組成的傳輸線。同軸線是一種傳輸線，傳輸線是用來以最小輻射傳送電磁能量的，因此同軸線的特性應(yīng)使用電磁場(chǎng)理論來分析。同軸線是一種寬頻帶微波傳輸線，有人稱為同軸圓柱波導(dǎo)。

同軸線在結(jié)構(gòu)上又分為硬同軸線和軟同軸線，硬同軸線內(nèi)外導(dǎo)體之間的介質(zhì)為空氣，內(nèi)導(dǎo)體用高頻介質(zhì)墊圈等支撐；軟同軸線又稱為同軸電纜。電纜的內(nèi)外導(dǎo)體之間填充高頻介質(zhì)，內(nèi)導(dǎo)體由單根或多根導(dǎo)體組成，外導(dǎo)體由銅線編織而成外面再包一層軟塑料等介質(zhì)。下圖1給出了硬同軸線和軟同軸線的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖 1：硬同軸線和軟同軸線的結(jié)構(gòu)示意圖

2、同軸線的傳輸模式

由電磁場(chǎng)理論可知，同軸線既可以傳輸無色散的橫電磁波（TEM，Transvers Electromagnetic Wave）模，又可以傳輸色散的TE模式（橫電場(chǎng)模式）和TM模式（橫磁場(chǎng)模式），顯然，TEM模式是同軸線的主傳輸模式，而TE模和TM模則是高次模。下圖2是同軸線橫截面結(jié)構(gòu)和其內(nèi)部TEM模場(chǎng)分布圖。圖中，a 為同軸線內(nèi)導(dǎo)體的半徑，b為同軸線外導(dǎo)體的內(nèi)半徑。

圖 2：同軸線的橫截面結(jié)構(gòu)尺寸及其內(nèi)部TEM模電磁場(chǎng)分布

由于同軸線工作在TEM模式，所以具有寬頻帶特性，可以從直流一直工作到毫米波波段。因此，無論在微波整機(jī)系統(tǒng)、微波測(cè)量系統(tǒng)還是在微波元器件中都得到了廣泛的應(yīng)用；而對(duì)于軟同軸線（同軸電纜）還可用于短波通信和微波通信的饋線。

欲詳細(xì)了解射頻同軸電纜饋線介紹的請(qǐng)進(jìn)入。

另外。為使同軸線中只傳輸TEM模，須滿足下式（稱為同軸線的單模傳輸條件）。其中：λ_min是工作頻段內(nèi)的最小介質(zhì)波長(zhǎng)，λ_c(TE11為的低次模TE₁₁的截止波長(zhǎng)，a 和b分別為同軸線內(nèi)外導(dǎo)體的半徑。

λ_min > λ_c(TE11) = π（a + b）

3、同軸線的功率容量與損耗

功率容量與損耗是同軸線的兩個(gè)重要傳輸性能參數(shù)。在行波狀態(tài)下，同軸線傳輸TEM模時(shí)的功率容量P_b可用下表3-1中的計(jì)算公式計(jì)算。如對(duì)于型號(hào)為50-16的硬同軸線，a = 3.475mm，b = 8mm，ε_r = 1，E_b = 30kV/cm，可算出其功率容量P_b約等于756kW。

表 3-1：同軸線的功率容量與損耗的相關(guān)計(jì)算公式

同軸線的損耗包括導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗。導(dǎo)體損耗а _c的計(jì)算公式見表3-1中。傳輸TEM模式時(shí)，對(duì)于硬同軸線中空氣介質(zhì)損耗很小，可不予考慮。而對(duì)于軟同軸線（同軸電纜），因介質(zhì)損耗而引起的損耗а _d的計(jì)算公式也見表3-1中。可知，介質(zhì)損耗與頻率成正比，而損耗角的正切也是隨頻率升高而增加的，所以同軸電纜必須選用高頻損耗小的介質(zhì)來填充。

下表3-2和表3-3給出了常用的硬同軸線和軟同軸線的性能參量的值（包括型號(hào)、內(nèi)外導(dǎo)體直徑、功率容量、衰減、特性阻抗等等），以供參照。

表 3-2：常用硬同軸線特性參量

表 3-3：常用同軸射頻電纜特性參量

4、同軸線的尺寸選擇

選擇同軸線尺寸的原則是：保證在給定的工作頻帶內(nèi)只傳輸TEM模式；滿足功率容量要求，即傳輸?shù)墓β时M量大，損耗小。因此，

為保證只傳輸TEM模，波長(zhǎng)與同軸線內(nèi)外導(dǎo)體的半徑a 和b之間必須滿足下式：

λ ≥ π（a + b）

由表3-1中公式知道，同軸線功率容量P_b與a 和b相關(guān)。在滿足上式的情況下，若限定b值，改變a 值，則功率容量最大的條件是d P_b/d a = 0，由此可得：b/a = 1.649。對(duì)于滿足該條件，且內(nèi)部充以空氣的同軸線，其特性阻抗Z₀ =30Ω。

對(duì)于導(dǎo)體損耗а_c，b一定時(shí)，衰減最小的條件是d а_c/d a = 0，根據(jù)表3-1中的導(dǎo)體損耗а_c計(jì)算公式可得：b/a = 3.591。對(duì)于滿足該條件，且內(nèi)部充以空氣的同軸線，其特性阻抗Z₀ = 76.71Ω。

顯然，功率容量最大和衰減最小對(duì)同軸線的尺寸b/a的值的要求是不一樣的，因此，必須兼顧考慮。通常，同軸線的特性阻抗有75Ω和50Ω兩個(gè)標(biāo)稱值，特性阻抗為75Ω時(shí)主要是滿足衰減最小的要求。如果對(duì)衰減小和功率容量大都有要求，則一般取b/a = 2.303。滿足該條件，且內(nèi)部充以空氣的同軸線，其特性阻抗Z₀ = 50Ω。

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