1、同轴线的概念
所谓同轴线（Coaxial Line）在这里是指一种双导体传输线，在国家标准GB/T 14733.2《电信术语 传输线与波导》中的定义是：由两根同轴圆柱形导体组成的传输线。同轴线是一种传输线，传输线是用来以最小辐射传送电磁能量的，因此同轴线的特性应使用电磁场理论来分析。同轴线是一种宽频带微波传输线，有人称为同轴圆柱波导。
同轴线在结构上又分为硬同轴线和软同轴线，硬同轴线内外导体之间的介质为空气，内导体用高频介质垫圈等支撑；软同轴线又称为同轴电缆。电缆的内外导体之间填充高频介质，内导体由单根或多根导体组成，外导体由铜线编织而成外面再包一层软塑料等介质。下图1给出了硬同轴线和软同轴线的结构示意图。
图 1：硬同轴线和软同轴线的结构示意图
2、同轴线的传输模式
由电磁场理论可知，同轴线既可以传输无色散的横电磁波（TEM，Transvers Electromagnetic Wave）模，又可以传输色散的TE模式（横电场模式）和TM模式（横磁场模式），显然，TEM模式是同轴线的主传输模式，而TE模和TM模则是高次模。下图2是同轴线横截面结构和其内部TEM模场分布图。图中，a 为同轴线内导体的半径，b为同轴线外导体的内半径。
图 2：同轴线的横截面结构尺寸及其内部TEM模电磁场分布
由于同轴线工作在TEM模式，所以具有宽频带特性，可以从直流一直工作到毫米波波段。因此，无论在微波整机系统、微波测量系统还是在微波元器件中都得到了广泛的应用；而对于软同轴线（同轴电缆）还可用于短波通信和微波通信的馈线。
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另外。为使同轴线中只传输TEM模，须满足下式（称为同轴线的单模传输条件）。其中：λmin是工作频段内的最小介质波长，λc(TE11为的低次模TE11的截止波长，a 和b分别为同轴线内外导体的半径。
λmin > λc(TE11) = π（a + b）
3、同轴线的功率容量与损耗
功率容量与损耗是同轴线的两个重要传输性能参数。在行波状态下，同轴线传输TEM模时的功率容量Pb可用下表3-1中的计算公式计算。如对于型号为50-16的硬同轴线，a = 3.475mm，b = 8mm，εr = 1，Eb = 30kV/cm，可算出其功率容量Pb约等于756kW。
表 3-1：同轴线的功率容量与损耗的相关计算公式
同轴线的损耗包括导体损耗和介质损耗。导体损耗а c的计算公式见表3-1中。传输TEM模式时，对于硬同轴线中空气介质损耗很小，可不予考虑。而对于软同轴线（同轴电缆），因介质损耗而引起的损耗а d的计算公式也见表3-1中。可知，介质损耗与频率成正比，而损耗角的正切也是随频率升高而增加的，所以同轴电缆必须选用高频损耗小的介质来填充。
下表3-2和表3-3给出了常用的硬同轴线和软同轴线的性能参量的值（包括型号、内外导体直径、功率容量、衰减、特性阻抗等等），以供参照。
表 3-2：常用硬同轴线特性参量
表 3-3：常用同轴射频电缆特性参量
4、同轴线的尺寸选择
选择同轴线尺寸的原则是：保证在给定的工作频带内只传输TEM模式；满足功率容量要求，即传输的功率尽量大，损耗小。因此，
为保证只传输TEM模，波长与同轴线内外导体的半径a 和b之间必须满足下式：
λ ≥ π（a + b）
由表3-1中公式知道，同轴线功率容量Pb与a 和b相关。在满足上式的情况下，若限定b值，改变a 值，则功率容量最大的条件是d Pb/d a = 0，由此可得：b/a = 1.649。对于满足该条件，且内部充以空气的同轴线，其特性阻抗Z0 =30Ω。
对于导体损耗аc，b一定时，衰减最小的条件是d аc/d a = 0，根据表3-1中的导体损耗аc计算公式可得：b/a = 3.591。对于满足该条件，且内部充以空气的同轴线，其特性阻抗Z0 = 76.71Ω。
显然，功率容量最大和衰减最小对同轴线的尺寸b/a的值的要求是不一样的，因此，必须兼顾考虑。通常，同轴线的特性阻抗有75Ω和50Ω两个标称值，特性阻抗为75Ω时主要是满足衰减最小的要求。如果对衰减小和功率容量大都有要求，则一般取b/a = 2.303。满足该条件，且内部充以空气的同轴线，其特性阻抗Z0 = 50Ω。
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