知识专栏 | 电磁学平行双线与同轴线

（平行双线和同轴线的外形结构）

平行双线（Parallel Two-Wire）

平行双线是由两根平行导线构成的，其传输的是横电磁波（TEM波）。

同轴线（Coaxial Line）同轴线是有共轴线的实心圆柱导体（内导体）和空心圆柱金属管（外导体）构成的双导体传输线。

同轴线有两种类型，一种是由绝缘垫圈支撑内外导体的硬同轴线，另一种是内外导体之间是软绝缘介质的软同轴线（又称同轴电缆）。

硬同轴线内、外导体之间一般为空气，其间每隔一段距离安置一高频介质环等支撑，以保证其同轴和绝缘；软同轴线内导体为单根或多股绞合铜线编织而成，内外导体之间填充柔软的高频介质。

由电磁场理论可知，同轴线既可传输无色散的TEM波，又可以传输色散的TE模和TM模。显然，TEM模是同轴线的主模，TE模和TM模则是高次模。

由于同轴线工作在TEM模，所以具有宽频带特性，可以从直流一直工作到毫米波段，因此无论在微波整机系统、微波测量系统还是微波元器件中，同轴线都得到了广泛运用。

相比之下，沿平行双线传输的是不均匀的TEM波，传播方向是平行双线的方向，当频率提高至其相应的波长与双线的距离相比拟时，其辐射损耗显著增加，而减小平行双线距离会减小击穿电压而降低其功率，所以在微波波段，平行双线只用于分米波段的低频端。

在微波波段之外，平行双线广泛应用于超短波和短波波段，而中波波段则常使用近地单导线传输线，平行双线作有线长途载波通信传输线之用时现只存留使用于县乡以下小容量通信系统中，干线通信中已被光纤所取代。

接下来，我们将从如下几个方面来对这两种常用的传输线进行讨论：结构和参数、传输特性、损耗特性、功率容量。

平行双线（Parallel Two-Wire）

其结构简单，几何参数如文首中图a所示，其双线之间的距离为D，线径为d，双线周围介质可近似看成真空。其单位长度的电阻、电感、电容、电导为：

对于无耗平行双线其特性阻抗为：
 

平行双线的相速、相波长分别为：
 

其线间介质多为空气或局部优良绝缘支撑物，若要考虑传输损耗，则可只计导体损耗，平行双线的衰减常数可按照下式估算：
 

其功率容量和双线的距离相关，距离越大功率容量越大，此外还和传输线的工作状态相关，行波状态的功率容量要大于驻波状态工作容量：

同轴线（Coaxial Line）

其结构、几何参数如文首中图b所示，其外径为D，内径为d，中间为空气或填空高介电常数的绝缘介质，是一种不平衡传输线。其单位长度的电阻、电感、电容、电导为：

如前文所述，其可传输TEM波、TE波、TM波，其中TEM模是同轴线的主模，TE模和TM模则是高次模：

要使同轴线工作于TEM模式，则其内外半径应满足：
 

通常其介质损耗很小，其传输损耗基本决定于导体的欧姆损失，故其衰减常数可估算为：
 

其功率容量（及对应阻抗）为：