電磁場(chǎng)--第二章無耗均勻傳輸線的工作狀態(tài)ppt課件

1、2.2無耗均勻傳輸線的任務(wù)形狀 傳輸線的傳輸特性和傳輸線的任務(wù)形狀親密相關(guān)。 根據(jù)線上電壓流波的不同形狀定義傳輸線的任務(wù)形狀 。 負(fù)載與傳輸線的關(guān)系決議了傳輸線的任務(wù)形狀。 一、電壓反射系數(shù) 二、傳輸線的任務(wù)形狀 三、傳輸線任務(wù)形狀的測(cè)定一 電壓反射系數(shù) 線上的反射波存在與否，以及反射波的大小，是傳輸線任務(wù)形狀的重要標(biāo)志。反射系數(shù)是描畫傳輸線任務(wù)形狀重要的物理量。 本節(jié)首先引見電壓反射系數(shù)的定義，進(jìn)一步給出知電壓反射系數(shù)傳輸線上電壓、電流、輸入阻抗和傳輸功率的表達(dá)式。1 電壓反射系數(shù)的定義 定義終端接有負(fù)載的傳輸線上恣意位置處的反射波電壓與入射波電壓之比為電壓反射系數(shù)，用以表示傳輸線上反射波的

2、大小。 djLLireZZZZdUdUd200 rriiUdIdUdId 均勻無損耗傳輸線上解的普通方式無損耗的傳輸線000,0RG 實(shí)踐工程中，傳輸線普通采用良導(dǎo)體資料，介質(zhì)的高頻損耗也很小，可以近似地理想化為無損耗傳輸線。0000,RL GC0000000000CLCjLjZCLjCjLj djLLdjLLdjLLdjLLeIZZeIZZdIeIZZeIZZdU12112121210000 dIdZUjdIdIjZdUdULLLLcossinsincos00001pL C 20022000LjdrLiLjdjdLLUdZZdeUdZZZZeeZZ 大有關(guān)電壓反射系數(shù)討論 無論從表達(dá)式還是從

3、物理意義上解釋，反射系數(shù)的模不能夠大于1，因此復(fù)平面中只需單位圓及其以內(nèi)區(qū)域才有意義。 沿傳輸線從負(fù)載向信源挪動(dòng)，反射系數(shù)模值不變，相位不斷滯后。 沿傳輸線從信源向負(fù)載挪動(dòng)，反射系數(shù)模值不變，相位不斷超前。2 由電壓反射系數(shù)表線上傳輸特性 dZdUdIddUdUii110 011indZdZd *21Re12diPU d I dPd 3 匹配形狀反射系數(shù) 0,10,000dIdUZdIdIdUdUdUPPZZdZdriiriidLin二 傳輸線的任務(wù)形狀 接有負(fù)載阻抗的傳輸線在正弦時(shí)變信源鼓勵(lì)下，依線上電壓反射系數(shù)的有無或大小，可把傳輸線區(qū)別為行波、駐波和行駐波三種任務(wù)形狀。反射系數(shù)就是表征任

4、務(wù)形狀的參量。 1 行波形狀 行波形狀是傳輸線的理想任務(wù)形狀。此時(shí)線上無反射波，只需自信源向負(fù)載傳播的電壓和電流的入射波，它們是沿線幅值不變而向負(fù)載方向相位依序滯后的行進(jìn)波。傳輸線上不同位置處的輸入阻抗都一樣，都等于負(fù)載阻抗或傳輸線的波阻抗。信源鼓勵(lì)的信號(hào)功率完全到達(dá)負(fù)載端并被負(fù)載吸收。 idLindjLLidjLLiPPZZdZdeIZUdIdIeIZUdUdU00002121行波形狀圖示2 駐波形狀 兩列等幅相向傳播的行波疊加成為駐波。 駐波任務(wù)形狀的反射系數(shù)模為一。 駐波是不傳播的波，和行波不同，線上的振幅不同相位分布一定；行波是振幅一樣相位不同。 駐波任務(wù)形狀條件 由反射系數(shù)的模為一，

5、可以得到產(chǎn)生駐波任務(wù)形狀的條件是：傳輸線終端開路、短路或接純電抗負(fù)載。 在低頻電路中終端開路、短路是不允許或無意義的；而對(duì)于傳輸信號(hào)任務(wù)于高頻或超高頻即微波段的傳輸線來說，那么是允許的，至少不致呵斥電路缺點(diǎn)。,0,LLLLZZZjX 終端開路LZ 1000ZZZZLL 002LiLIUU dZUjdIdUdULLsincos0 djZdIdUdZinctg0駐波形狀的討論 入射波電壓、電流在傳輸終端發(fā)生全反射，在終端處反射波電壓與入射波電壓等幅同相位，而反射波電流與入射波電流在終端處等幅反相位。這樣沿線上兩等幅反方向行進(jìn)的波疊加成駐波。 由終端處沿傳輸線向信源方向四分之一波優(yōu)點(diǎn)為電壓波節(jié)電流波

6、腹、二分之一波優(yōu)點(diǎn)為電壓波腹電流波節(jié)，以此類推。 傳輸線上每一位置處電壓與電流相位差二分之反相位，即其平均功率為零。也就是說駐波任務(wù)形狀不傳輸電磁能量。 終端開路的傳輸線其輸入阻抗為純電抗，且改動(dòng)線長d不僅可改動(dòng)電抗值還可改動(dòng)電抗極性，這是一個(gè)很可利用的性質(zhì)。在超短波段和微波段，常運(yùn)用長度可變的開道路或短道路作為可變電抗器。 終端短路0LZ 1000ZZZZLL 0020ZUIUiLL dIdIdIjZdULLcossin0 djZdZintg0終端負(fù)載為純電抗LLjXZ xxxjjLjLLLLLeeXZeXZjXZjXZZjXZjX222022000000 xLLxLLdIXZZdIdIXZ

7、jdUcos1sin2200220 xindjZdZtg0 傳輸線終端接純電抗負(fù)載時(shí)，沿線電壓、電流幅值分布與終端開路或短路時(shí)不同之處，只是線終端處不是電壓、電流的波腹或波節(jié)。這一點(diǎn)其實(shí)可以這樣來了解：終端開路或短路的傳輸線，其輸入阻抗均為純電抗，那么如今傳輸線接純電抗負(fù)載，就相當(dāng)于在線終端處接入一段終端開路或短路的傳輸線。也就是說以純電抗為負(fù)載的傳輸線，就相當(dāng)于負(fù)載端延伸一段長度的開路或短道路。駐波形狀圖示3 行駐波形狀 反射波振幅小于入射波的振幅。 把入射波分為兩列行波的疊加，其中一列行波振幅與反射波振幅一樣，這列波與反射波疊加成為駐波，這樣線上存在的波就可以了解為行駐波。LLLjXRZ

8、djLLLLejXZRjXZRd200 10d反射系數(shù)行駐波形狀圖示電壓和電流分布 rirrijiidddUdddUeddUddUdUrcos21sincos111222 riidddIddIdIcos2112電壓和電流波腹與波節(jié)位置ndL22電壓波腹電流波節(jié)位置, 2, 1, 0n24maxppLnd電壓波節(jié)電流波腹位置122ndL4124minppLnd負(fù)載為純阻0ZRL0L第一個(gè)電壓波節(jié)點(diǎn)位置在距終端四分之一波優(yōu)點(diǎn) 0ZRLL第一個(gè)電壓波腹點(diǎn)位置在距終端四分之一波優(yōu)點(diǎn) 在普通負(fù)載情況下，線上相鄰兩電壓波腹或波節(jié)間隔仍為二分之一波長，相鄰電壓波腹與波節(jié)間隔也依然是四分之一波長。 駐波比 意

9、義： 為了定量闡明傳輸線上呈現(xiàn)駐波的程度電壓駐波比間接地反映了傳輸線上反射波的有無與大小，或者說也可以反映傳輸線的匹配情況。 定義： 定義電壓駐波比簡稱為駐波比S這樣一個(gè)參量，它等于電壓波腹值與電壓波節(jié)值之比，即 minmaxdUdUS dddUdUS11minmax行波駐波行駐波 0 d jed1SS S1 10d純阻負(fù)載駐波比的計(jì)算 00ZRZRdLL 011ZRddSL LLRZRZd00 LRZddS011駐波比與反射系數(shù) 電壓駐波比與電壓反射系數(shù)都是表征傳輸線任務(wù)形狀的參量，駐波比與反射系數(shù)模值之間存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。 電壓駐波比S為實(shí)數(shù)，對(duì)于無耗線它與位置無關(guān)又容易直接丈量，因此在

10、工程實(shí)踐中更為方便。 1S1S,11dddS4 傳輸線特性參量的實(shí)際計(jì)算 輸入阻抗、反射系數(shù)和駐波比是描畫傳輸線特性及其任務(wù)形狀的參量，均是傳輸線位置的函數(shù)。 傳輸線特性參量的實(shí)際計(jì)算是分析傳輸線傳輸特性，進(jìn)一步分析微波電路的根底。 不同位置輸入阻抗要經(jīng)過傳輸線公式表示其相互關(guān)系，同一位置輸入阻抗之間關(guān)系那么可用電路并聯(lián)和串聯(lián)來表示。公式 011indZdZd 200jdLLZZdeZZ ddS11 dZdZdZin_2in_1in dYdYdYin_2in_1in串聯(lián)并聯(lián)輸入阻抗等效為負(fù)載 dZinLZ ddinLZZ例題:如下圖為一傳輸線網(wǎng)絡(luò)，其AB段、BD段長為四分之一波長，BC段長為二

11、分之一波長，各段傳輸線波阻抗均為Z0。傳輸線端口開路，端口接純阻負(fù)載。求傳輸線A端口輸入阻抗，及各段傳輸線上的電壓駐波比。 1500Z 300LZ傳輸線段ABBCBD負(fù)載輸入阻抗駐波比反射系數(shù)300ZL75ZZL2075BDZ/BCZinin300ZZL202ZZ0L2ZZ0L三 傳輸線任務(wù)形狀的測(cè)定 在工程實(shí)踐中，對(duì)傳輸線的任務(wù)形狀進(jìn)展實(shí)際分析計(jì)算的同時(shí)，實(shí)地測(cè)定并與實(shí)際計(jì)算結(jié)果相比較是必要的。丈量方法安裝 在微波段和超短波高端UHF段最常用的傳輸線為同軸線及金屬波導(dǎo)，他們都是封鎖系統(tǒng)，因此必需構(gòu)造公用的開槽線丈量線。丈量線的丈量探針由同軸線外導(dǎo)體或波導(dǎo)壁開的縱向槽伸入線的內(nèi)部，并可沿長槽縱向挪動(dòng)，槽外標(biāo)尺可記讀探針沿縱向槽挪動(dòng)的位置。圖210就是同軸型和波導(dǎo)型丈量線的構(gòu)造表示圖。 在實(shí)測(cè)時(shí)把這種公用的丈量線替代一段實(shí)踐系統(tǒng)的傳輸線接入，可在系統(tǒng)輸入端接入信號(hào)源作模擬測(cè)試，必要時(shí)也可以進(jìn)展在線測(cè)試。對(duì)于不同型號(hào)的同軸線或金屬波導(dǎo)，必需配用相符合的丈量線。 丈量原理和步驟 測(cè)電壓駐波比 丈量電壓波腹電壓和波節(jié)電壓，為使測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確可靠，波腹值和波節(jié)值盡能夠由多個(gè)波腹、波節(jié)值取平均而定。 測(cè)電壓反射系數(shù) 根據(jù)駐波比可以直接計(jì)算出反射系數(shù)的模值，反射系數(shù)的