西電_射頻微波教程4ppt課件

1、第4章工程形狀分析() Working Process Analysis() 在上面一講中，我們引進了分析無耗傳輸線的兩在上面一講中，我們引進了分析無耗傳輸線的兩個重要任務(wù)參數(shù)個重要任務(wù)參數(shù)反射系數(shù)和阻抗反射系數(shù)和阻抗Z002) () () ()0() () (/ ) () () (ZzZZzZzezzzUzUzzzj反射系數(shù)) (1) (1) (tantan) () (/ ) () () (0000zzZzZzjZZzjZZZzZzIzUzZzZll阻抗和無耗傳輸線的兩種重要任務(wù)形狀和無耗傳輸線的兩種重要任務(wù)形狀0) () ()()(000zZzZeIzIeUzUzjzj行波狀態(tài))(21ta

2、n2)()(21sin2)()(21sin2)() (tan2)(21)(2101llljlljlzjlzjllljllzZjzZzeIjzIzeUjeeUzUZXejXZlll其中，全駐波狀態(tài) 全駐波形狀是用全駐波形狀是用 坐標(biāo)分析的，行波那么用坐標(biāo)分析的，行波那么用z z坐標(biāo)。坐標(biāo)。對于普通情況，我們以后均采用對于普通情況，我們以后均采用 坐標(biāo)坐標(biāo)只是需留只是需留意：這時意：這時 表示向表示向z z方向的入射波。方向的入射波。 Z zjeZ 等效長度概念特別重要，有了等效長度的概念，等效長度概念特別重要，有了等效長度的概念，我們只需令我們只需令 zzz一切均與短路傳輸線上類似，也就是我們只

3、需分析短一切均與短路傳輸線上類似，也就是我們只需分析短路傳輸線路傳輸線01tan221ZXzlgl(4-1)(4-1)(4-2)(4-2)只需留意場分布在恣意情況下，與短路形狀相比較，只需留意場分布在恣意情況下，與短路形狀相比較，多了一相位因子多了一相位因子lje21短路形狀短路形狀 ，開路形狀，開路形狀l0l(4-3)(4-3) 本講分析任務(wù)形狀時，將進一步推行等效長度的本講分析任務(wù)形狀時，將進一步推行等效長度的概念。概念。 所謂行駐波形狀，即最普通的部分反射情況所謂行駐波形狀，即最普通的部分反射情況 一、行駐波形狀場分布 (4-4)(4-4)(4-5)(4-5)lllljlljXRZel1

4、|，其中和全駐波情況類似，分析行駐波情況沿線電壓、電和全駐波情況類似，分析行駐波情況沿線電壓、電流分布流分布)(21cos|2|)|1 ()() ()(21sin|2|)|1 ()() ()(21)(21ljllzjllzjlzjlljllzjllzjlzjlzeIeIeeIzIzeUjeUeeUzUll一、行駐波形狀場分布 (4-6)(4-6) 由方式似乎看出：前一部分是行波，而后一部由方式似乎看出：前一部分是行波，而后一部分是全駐波。分是全駐波。一、行駐波形狀場分布 z00UII,Z =R +XlllUUUmaxmin 行 波 部 分 駐 波 部 分圖圖 4-1 4-1 行駐波傳輸線行駐波

5、傳輸線研討恣意研討恣意 處的阻抗處的阻抗 ，根據(jù)定義，根據(jù)定義 z) (zZllllllllllllllzjlzjzjlzjzjlzjlzjzjZzZzjzzjzZeeeeZeeZzZllllll21tan|1|121tan|1|1) (21sin|)|1 (21cos|)|1 (21sin|)|1 (21cos|)|1 (|1|1) (00212121210)2()2(0一、行駐波形狀場分布 一、行駐波形狀場分布 由上面推導(dǎo)，可引入第三個任務(wù)參數(shù)由上面推導(dǎo)，可引入第三個任務(wù)參數(shù)電壓電壓駐波比駐波比 ，用，用VSWR(Voltage Standing Wave Ratio)VSWR(Volta

6、ge Standing Wave Ratio)表示。表示。|1|1ll1 1 (4-7)(4-7)也就是說，對于無耗傳輸線，也就是說，對于無耗傳輸線， 不會小于不會小于1 1。( (等于等于1 1對應(yīng)行波情況對應(yīng)行波情況) )。再次寫出電壓。再次寫出電壓 表示式表示式 ) (zU2)1 () (zjzjlleeUzU|)|1 ( | ) (|)|1 ( | ) (|minmaxllllUzUUzUminmax| ) (| ) (|1|1zUzUll一、行駐波形狀場分布 (4-8)(4-8)于是于是這樣，電壓駐波比的物理意義是電壓振幅最大值與這樣，電壓駐波比的物理意義是電壓振幅最大值與最小值之比

7、。很明顯，它應(yīng)大于等于最小值之比。很明顯，它應(yīng)大于等于1 1。對于行。對于行波波 ，對于全駐波，對于全駐波 。電壓駐波比。電壓駐波比 是系統(tǒng)參是系統(tǒng)參量，而不是線上各點的函數(shù)。量，而不是線上各點的函數(shù)。 1一、行駐波形狀場分布 大家知道，不同的系統(tǒng)有不同的特性阻抗大家知道，不同的系統(tǒng)有不同的特性阻抗 。為了一致和便于研討，經(jīng)常提出歸一化為了一致和便于研討，經(jīng)常提出歸一化(Normalized)(Normalized)概念，即阻抗概念，即阻抗 稱為歸一化阻抗稱為歸一化阻抗0Z0/ ) (ZzZ0/ ) () (ZzZzZ 這樣，就把問題的共性這樣，就把問題的共性( (與與Z0Z0無關(guān)的部分無關(guān)的

8、部分) )提取提取出來了。于是有出來了。于是有21tan21tan1) (zjzjzZ(4-9)(4-9)(4-10)(4-10)一、行駐波形狀場分布 為了將為了將Zl=RlZl=RlZ0Z0作為規(guī)范形狀加以比較，式作為規(guī)范形狀加以比較，式(4-10)(4-10)又可寫成又可寫成)(21tan)(21tan1) (llzjzjzZ 再留意到反射系數(shù)再留意到反射系數(shù) (4-11)(4-11)一、行駐波形狀場分布 對應(yīng)的反射系數(shù)相位對應(yīng)的反射系數(shù)相位llllllllljXRZjXRZZZZZZZZZ)()(000000lllllRZXRZX0101tantan(4-12)(4-12)(4-13)(

9、4-13)二、Zl=RlZ0規(guī)范形狀 和全駐波傳輸線短路形狀類似，我們把和全駐波傳輸線短路形狀類似，我們把Zl=RlZl=RlZ0Z0作作為行駐波傳輸線的規(guī)范形狀。由于為行駐波傳輸線的規(guī)范形狀。由于Xl=1Xl=1，Zl-RlZl-Rl0 0可知可知lcos|2|)|1 () (sin|2|)|1 () (zIeIzIzUjeUzUllzjllllzjlltantan1) (zjzjzZs(4-14)(4-14)(4-15)(4-15)(4-16)(4-16)二、Zl=RlZ0規(guī)范形狀 R Zl0z0UU , II圖圖 4-2 4-2 形狀形狀 llRZ 0Z二、Zl=RlZ0規(guī)范形狀 思索思

10、索 到，可知這時的電壓駐波比到，可知這時的電壓駐波比lllRZRZ00|llllRRZ1|1|10(4-17)(4-17) 規(guī)范形狀下電壓駐波比規(guī)范形狀下電壓駐波比 等于歸一化負載電阻等于歸一化負載電阻的倒數(shù)。的倒數(shù)。( (這一點很好記憶：此時歸一化負載電阻這一點很好記憶：此時歸一化負載電阻 1 1，而，而 必需大于必需大于1)1)。 lR三、 形狀 llRZ 0Z 行駐波的這一形狀與全駐波開路形狀類似，行駐波的這一形狀與全駐波開路形狀類似， 0 0。于是，。于是， ，即，即 ，0lX)/(tan0)/(tan0101llllRZXRZX，lRZ 00lsin|2|)|1 () (cos|2|

11、)|1 () (zIjeIzIzUeUzUllzjllllzjlltan1tan) (0zjzjzZ(4-18)(4-18)(4-19)(4-19)(4-20)(4-20)zUU ,II0zR Zl0三、 形狀 llRZ 0Z 對比式對比式(4-16)(4-16)和和(4-20)(4-20)可知在方式上，有可知在方式上，有) (1) (00zZzZ圖圖4-3 4-3 形狀形狀llRZ 0Z(4-21)(4-21)三、 形狀 llRZ 0Z在這種情況下，在這種情況下， ，于是有，于是有l(wèi)llRZRZ00|llllRZR0|1|1(4-22)(4-22)也就是說，也就是說， ，電壓駐波比，電壓駐波

12、比 等于歸一化負載等于歸一化負載電阻電阻 ，與全駐波形狀完全類比。我們可以推行等效，與全駐波形狀完全類比。我們可以推行等效長度概念長度概念 ，令，令llRZ 0Z1Rzzzzzl)(21(4-23)(4-23)三、 形狀 llRZ 0Z那么波節(jié)點的坐標(biāo)是那么波節(jié)點的坐標(biāo)是 。 的物理意義是從負載出的物理意義是從負載出發(fā)到波節(jié)點的負間隔，因此到波節(jié)點的間隔可寫發(fā)到波節(jié)點的負間隔，因此到波節(jié)點的間隔可寫為為 ，有，有0zmindz0minzdzgzd41min普通取號。普通取號。 (4-24)(4-24)(4-25)(4-25)四、 恣意形狀llljXRZ計及計及 ，可知，可知lllllRZXRZ

13、X0101tantanllllRZXRZXgz0101tantan4電壓，電流沿線分布電壓，電流沿線分布)(cos|2)|1 () ()(sin|2)|1 () ()(21)(21zzeIeIzIzzeUjeUzUlljllzjlljllzjll(4-27)(4-27)(4-26)(4-26)四、 恣意形狀llljXRZ而阻抗而阻抗 分布為分布為) (zZ)(tan)(tan1) (zzjzzjzZ上面寫法是以小電阻上面寫法是以小電阻 作為規(guī)范形狀。只需作為規(guī)范形狀。只需 ，即完全歸于規(guī)范形狀。，即完全歸于規(guī)范形狀。 lz，0llRZ 0Z(4-28)(4-28)四、 恣意形狀llljXRZX

14、l0容性負載情況容性負載情況 Xl0感性負載情況感性負載情況 )294(|tan|tan40101minllllRZXRZXgzd)304(tantan421210101minllllRZXRZXggzgd四、 恣意形狀llljXRZz0zz0Z =R +XlllzdminUUX 0 情 況ldminzlg12圖圖 4-4 4-4 五、行駐波阻抗圖形 已得導(dǎo)出已得導(dǎo)出 )(tan)(tan1) () () (zzjzzjzZjzRzZ很容易得到很容易得到 )(tan) 1)(tan) ()(tan)(tan1 ) (22222zzzzzXzzzzzR(4-31)(4-31)五、行駐波阻抗圖形

15、畫出行駐波阻抗圖形，可以發(fā)現(xiàn)其性質(zhì)。畫出行駐波阻抗圖形，可以發(fā)現(xiàn)其性質(zhì)。 0min1ZR(4-32)(4-32)性質(zhì)性質(zhì)行駐波阻抗依然有行駐波阻抗依然有 波長周期性。波長周期性。 感性和容性感性和容性( (也可以說是串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振也可以說是串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振) ) 一次變換性質(zhì)。一次變換性質(zhì)。 在電壓波節(jié)點，阻抗為純阻，但最小在電壓波節(jié)點，阻抗為純阻，但最小 2/g4/g 在電壓波腹點，阻抗也是純阻，但最大在電壓波腹點，阻抗也是純阻，但最大 0minZR(4-33)(4-33)五、行駐波阻抗圖形 z0Z =R +Xlllz0), (zX)RmaxR(z )RminX1(z )R(z圖圖4-

16、5 4-5 行駐波阻抗特性行駐波阻抗特性 五、行駐波阻抗圖形 從圖形中還可以看出，全駐波傳輸線阻抗只需電抗，從圖形中還可以看出，全駐波傳輸線阻抗只需電抗，沒有電阻，而電抗一直是正斜率沒有電阻，而電抗一直是正斜率( (也稱也稱FosterFoster定理定理) )。而行駐波傳輸線的阻抗既有電抗，又有電阻，且電抗而行駐波傳輸線的阻抗既有電抗，又有電阻，且電抗( (在并聯(lián)諧振處在并聯(lián)諧振處) )出現(xiàn)負斜率。出現(xiàn)負斜率。 六、功率關(guān)系 重新記起普通行駐波情況下，沿線的電壓、電流重新記起普通行駐波情況下，沿線的電壓、電流分布分布 )(1 () ()(1 () (0zeZUzIzeUzUzjlzjl寫出傳

17、輸功率寫出傳輸功率( (留意是實功率，不包括虛功率留意是實功率，不包括虛功率) )的普通表的普通表示式示式 0*220202*0*) () (| ) (|21)(1 ()(1 (21)() (21) (ZzzUzZUZURzeZUzeURzIzURzPllllzjlzjlee(4-34)(4-34)六、功率關(guān)系 留意到上述推導(dǎo)中運用了無耗傳輸線留意到上述推導(dǎo)中運用了無耗傳輸線 ealRZ 0的條件，且的條件，且 02|21) (ZUzPli表示入射功率表示入射功率 202| ) (|21) (zZUzPlr表示反射功率表示反射功率 0)() (*zzRe(4-35)(4-35)(4-36)(4

18、-36)(4-37)(4-37)(4-38)(4-38)六、功率關(guān)系 于是于是 )| ) (|1 (|21) () () (202zZUzPzPzPlri式式(4-39)(4-39)闡明：傳輸功率等于入射波功率減去反射波闡明：傳輸功率等于入射波功率減去反射波功率，其中功率，其中 0) () (|210*2ZzzURle表示入射波和反射波沒有相互作用，或者換句話說，對表示入射波和反射波沒有相互作用，或者換句話說，對于無耗傳輸線，反射波與射波是獨立的。于無耗傳輸線，反射波與射波是獨立的。 (4-39)(4-39)六、功率關(guān)系 對于行波傳輸線對于行波傳輸線 )(|21) (02zPZUzPil 對于全駐波傳輸線對于全駐波傳輸線 0) (zP即全駐波傳輸線沒有傳輸功率，或者說，入射波功率等即全駐波傳輸線沒有傳輸功率，或者說，入射波功率等于反射波功率。于反射波功率。 (4-40)(4-40)(4-41)(4-41)六、功率關(guān)系 特殊地，在電壓波腹或波節(jié)點，由于阻抗是純阻，特殊地，在電壓波腹或波節(jié)點，由于阻抗是純阻，因此電壓、電流必然同相因此電壓、電流必然同相 02maxmaxmin02minminmax|