“ 在前面的學習中，我們學習了微波傳輸線的基本知識，了解到了傳輸線的種類及其工作模式。今天我們接著學習傳輸線的相關知識，今天重點學習對象是同軸線。”

同軸線是微波射頻工程中最常用的一種傳輸線，英文名字叫做 Coaxial Line. 顧名思義，同軸線是由共軸線的實心圓柱導體和空心圓柱金屬管構成的雙導體傳輸線。常見的同軸線有兩種 類型，一種是由絕緣墊圈支撐內外導體的硬同軸線；另一種是內外導體之間為軟絕緣介質支撐的軟同軸線，又叫做同軸電纜。硬同住線的內外導體直接填充的介質一般為空氣，其間每隔一段距離設置一個高頻介質支撐，以保證同軸線的共軸性以及絕緣。軟同軸電纜內導體為單根或者多根交合銅線編織而成，內外導體之間填充軟的高頻介質支撐。

同軸線既可以傳輸無色散的 TEM 波，又可以傳輸色散的 TE 波和 TM 波。TEM 模是同軸線的主模，而 TE/TM 為同軸線的高次模。根據 TEM 模的特性可知，同軸線具有寬頻特性，可以從直流一直工作到毫米波波段，甚至更高。因此，無論是在微波系統，還是微波元器件中，同軸傳輸線都得到了廣泛的應用。

01
同軸線的模式

1.1 同軸線的主模——TEM 模

TEM 模是指電場和磁場都和電磁波的傳播方向垂直，即在傳輸方向上既沒有電場分量，也沒有磁場分量。TEM 模作為同軸傳輸線的主模，其在同軸線橫截面上的電磁場分布如下：

根據分布參數理論，我們可以建立同軸傳輸線的分布參數模型，其在單位長度上的分布電阻，分布電感，分布電容和分布漏電導分別為：

同軸傳輸線的特性阻抗為：

上式中 b 為同軸線外導體內半徑，a 為內導體外半徑。

同軸傳輸線中 TEM 波的相位常數，相波長，相速和群速四個基本參數分別為：

lambda0、c 分別為真空中的波長和光速。

1.2 同軸線的高次模——TE/TM

同軸線的高次模為 TE 模和 TM 模。其分析方法可參照圓波導的分析方法，此處省略一堆公式。

其高次模的介質波長為：

因此，為使得同軸線中只傳輸 TEM 波，則必須滿足下面公式：

上式稱為同軸線的單模傳輸條件，Lambdamin 是工作頻段內的最小截止波長。

02
同軸線的功率容量和損耗

2.1 功率容量

在行波狀態下，同軸線傳輸 TEM 模的平均傳輸功率為：

若同軸線的擊穿電壓為 Vb，則同軸線的功率容量可表示為：

若擊穿電壓 Vb 所對應的擊穿電場強度為 Eb，則可得出：

進而推導出，同軸傳輸線的功率容量為：

對于 50-16 型硬同軸線，b=8mm，a=3.475mm,Er=1，Eb=30kV/cm，可算出該同軸線的功率容量為 Pb=766kW。

2.2 損耗
對于內部填充空氣的硬同軸線來說，其損耗主要來自于內外導體的導體損耗。

式中，Rs 為金屬的表面電阻

對于軟同軸線，其損耗除了上面所介紹的金屬損耗外，還有介質損耗：

上式中第 1 個因子與頻率 f 成正比，損耗角正切也隨頻率升高而增加，故介質損耗隨頻率而升高。

03
同軸線的設計原則

設計同軸線時，主要是選擇合理的內外半徑尺寸，其原則是：保證在給定的工作頻率內之傳輸 TEM 波；滿足功率容量要求；損耗小。

1，為保證只傳輸 TEM 模，波長與同軸線內外半徑比必須滿足：

2，同軸線的功率容量盡可能大，同軸線的功率容量與內外導體半徑相關。

此時的半徑比為 b/a=1.649，對應的特性阻抗為 30 Ohm

3，損耗小，對應的內外半徑比為 b/a=3.591，此時的特性阻抗為 76 Ohm。

4，損耗和功率容量兩者折中取特性阻抗為 50Ohm 的通州傳輸線，此時的內外半徑比為 b/a=2.303.

審核編輯 黃昊宇