1、同軸線的概念
所謂同軸線（Coaxial Line）在這里是指一種雙導體傳輸線，在國家標準GB/T 14733.2《電信術語 傳輸線與波導》中的定義是：由兩根同軸圓柱形導體組成的傳輸線。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使用電磁場理論來分析。同軸線是一種寬頻帶微波傳輸線，有人稱為同軸圓柱波導。
同軸線在結構上又分為硬同軸線和軟同軸線，硬同軸線內外導體之間的介質為空氣，內導體用高頻介質墊圈等支撐；軟同軸線又稱為同軸電纜。電纜的內外導體之間填充高頻介質，內導體由單根或多根導體組成，外導體由銅線編織而成外面再包一層軟塑料等介質。下圖1給出了硬同軸線和軟同軸線的結構示意圖。
圖 1：硬同軸線和軟同軸線的結構示意圖
2、同軸線的傳輸模式
由電磁場理論可知，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（橫電場模式）和TM模式（橫磁場模式），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是同軸線橫截面結構和其內部TEM模場分布圖。圖中，a 為同軸線內導體的半徑，b為同軸線外導體的內半徑。
圖 2：同軸線的橫截面結構尺寸及其內部TEM模電磁場分布
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，無論在微波整機系統、微波測量系統還是在微波元器件中都得到了廣泛的應用；而對于軟同軸線（同軸電纜）還可用于短波通信和微波通信的饋線。
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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：λmin是工作頻段內的最小介質波長，λc(TE11為的低次模TE11的截止波長，a 和b分別為同軸線內外導體的半徑。
λmin > λc(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重要傳輸性能參數。在行波狀態下，同軸線傳輸TEM模時的功率容量Pb可用下表3-1中的計算公式計算。如對于型號為50-16的硬同軸線，a = 3.475mm，b = 8mm，εr = 1，Eb = 30kV/cm，可算出其功率容量Pb約等于756kW。
表 3-1：同軸線的功率容量與損耗的相關計算公式
同軸線的損耗包括導體損耗和介質損耗。導體損耗а c的計算公式見表3-1中。傳輸TEM模式時，對于硬同軸線中空氣介質損耗很小，可不予考慮。而對于軟同軸線（同軸電纜），因介質損耗而引起的損耗а d的計算公式也見表3-1中?？芍?，介質損耗與頻率成正比，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、內外導體直徑、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只傳輸TEM模式；滿足功率容量要求，即傳輸的功率盡量大，損耗小。因此，
為保證只傳輸TEM模，波長與同軸線內外導體的半徑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Pb與a 和b相關。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 Pb/d a = 0，由此可得：b/a = 1.649。對于滿足該條件，且內部充以空氣的同軸線，其特性阻抗Z0 =30Ω。
對于導體損耗аc，b一定時，衰減最小的條件是d аc/d a = 0，根據表3-1中的導體損耗аc計算公式可得：b/a = 3.591。對于滿足該條件，且內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兩個標稱值，特性阻抗為75Ω時主要是滿足衰減最小的要求。如果對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，且內部充以空氣的同軸線，其特性阻抗Z0 = 50Ω。
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