航空電子技術(shù)基礎(chǔ) 第四章

1、共203頁1 第第4 4章章 無線電基礎(chǔ)知識(shí)無線電基礎(chǔ)知識(shí)共203頁2 顧名思義，顧名思義，“無線電無線電”就是從一點(diǎn)向另一點(diǎn)以就是從一點(diǎn)向另一點(diǎn)以“無線無線”的方式傳的方式傳送信號(hào)。目前，機(jī)載通信、導(dǎo)航系統(tǒng)都無一例外地采用無線電技術(shù)。送信號(hào)。目前，機(jī)載通信、導(dǎo)航系統(tǒng)都無一例外地采用無線電技術(shù)。無線電傳輸以自由空間為媒介傳輸信號(hào)，完成通信和導(dǎo)航任務(wù)。無線電傳輸以自由空間為媒介傳輸信號(hào)，完成通信和導(dǎo)航任務(wù)。 采用無線電技術(shù)傳輸信息的框圖如圖采用無線電技術(shù)傳輸信息的框圖如圖4-14-1所示。所示。共203頁3 聲波或光波等信號(hào)經(jīng)變換器變換成電信號(hào)，在發(fā)射機(jī)中進(jìn)行調(diào)制，聲波或光波等信號(hào)經(jīng)變換器變換成

2、電信號(hào)，在發(fā)射機(jī)中進(jìn)行調(diào)制，將頻率搬移到能用天線向空間輻射的頻段內(nèi)，由發(fā)射天線輻射到自由空將頻率搬移到能用天線向空間輻射的頻段內(nèi)，由發(fā)射天線輻射到自由空間；接收天線從自由空間接收信息，在接收機(jī)中進(jìn)行解調(diào)，再經(jīng)過變換間；接收天線從自由空間接收信息，在接收機(jī)中進(jìn)行解調(diào)，再經(jīng)過變換器的變換還原成聲波或光波信號(hào)。由于發(fā)射設(shè)備與接收設(shè)備之間沒有導(dǎo)器的變換還原成聲波或光波信號(hào)。由于發(fā)射設(shè)備與接收設(shè)備之間沒有導(dǎo)線的連接，所以這一信息傳輸系統(tǒng)稱為線的連接，所以這一信息傳輸系統(tǒng)稱為無線電傳輸系統(tǒng)無線電傳輸系統(tǒng)。 為了更好地理解無線電傳輸系統(tǒng)的基本原理，我們必須學(xué)習(xí)下列基為了更好地理解無線電傳輸系統(tǒng)的基本原理，我

3、們必須學(xué)習(xí)下列基本知識(shí)：無線電頻段的劃分，信號(hào)、頻譜與帶寬，高頻傳輸線，電磁波本知識(shí)：無線電頻段的劃分，信號(hào)、頻譜與帶寬，高頻傳輸線，電磁波的傳播與天線，調(diào)制與解調(diào)，發(fā)射機(jī)，接收機(jī)，話筒與揚(yáng)聲器。的傳播與天線，調(diào)制與解調(diào)，發(fā)射機(jī)，接收機(jī)，話筒與揚(yáng)聲器。共203頁44.1 4.1 無線電頻段的劃分無線電頻段的劃分 圖圖4.1-14.1-1所示為電磁波頻譜圖，從圖中可以看出：無線電波位于電磁所示為電磁波頻譜圖，從圖中可以看出：無線電波位于電磁波頻譜圖的中低段，其頻率范圍從波頻譜圖的中低段，其頻率范圍從10104 4 HzHz10101212 Hz Hz。無線電設(shè)備通過這。無線電設(shè)備通過這一頻段傳遞

4、信息。電磁波的變化范圍很寬，還包括紅外線、可見光、紫一頻段傳遞信息。電磁波的變化范圍很寬，還包括紅外線、可見光、紫外線、外線、X X射線和射線和射線等。射線等。 從圖從圖4.1 -14.1 -1逐可以看出，逐可以看出，電磁波的波長越長，頻率越低；波長越電磁波的波長越長，頻率越低；波長越短，頻率越高短，頻率越高。他們之間的關(guān)系可以用下面。他們之間的關(guān)系可以用下面公式表示公式表示：共203頁5共203頁6 無線電頻率從低端到高端分無線電頻率從低端到高端分為八個(gè)頻段，他們是：為八個(gè)頻段，他們是：甚低頻甚低頻( VLF)( VLF)、低頻低頻(LF)(LF)、中頻中頻(MF)(MF)、高頻高頻(HF)

5、(HF)、甚高頻甚高頻(VHF)(VHF)、特高頻特高頻(UHF)(UHF)、超高頻超高頻(SHF)(SHF)極高頻極高頻(EHF)(EHF)頻段，機(jī)載無線電設(shè)備幾乎使用了頻段，機(jī)載無線電設(shè)備幾乎使用了所有的頻段，如圖所有的頻段，如圖4.1 -24.1 -2所示。所示。共203頁7 甚低頻甚低頻( VLF)( VLF)頻段的頻率可達(dá)頻段的頻率可達(dá)30 kHz30 kHz。這一頻段用于早期的。這一頻段用于早期的OMEGAOMEGA導(dǎo)導(dǎo)航系統(tǒng)中，現(xiàn)在仍用于軍事。另外，人說話的音頻信號(hào)也在這一頻段內(nèi)。航系統(tǒng)中，現(xiàn)在仍用于軍事。另外，人說話的音頻信號(hào)也在這一頻段內(nèi)。 低頻低頻( LF)( LF)頻段在

6、頻段在3030300 kHz300 kHz之間。飛機(jī)通信系統(tǒng)不使用該頻段，之間。飛機(jī)通信系統(tǒng)不使用該頻段，但公共長波電臺(tái)但公共長波電臺(tái)(190 -535 kHz)(190 -535 kHz)和和ADFADF導(dǎo)航系統(tǒng)使用這一頻段。導(dǎo)航系統(tǒng)使用這一頻段。 中頻中頻( MF)( MF)頻段在頻段在300 kHz 3 MHz300 kHz 3 MHz之間。飛機(jī)通信系統(tǒng)也不使用該頻之間。飛機(jī)通信系統(tǒng)也不使用該頻段，但公共中波電臺(tái)段，但公共中波電臺(tái)( 550 -1 800 kHz)( 550 -1 800 kHz)和和ADFADF導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng)(200 -1 600 kHz)(200 -1 600 kH

7、z)使用這一頻段。使用這一頻段。 高頻高頻( HF)( HF)頻段在頻段在3-30 MHz3-30 MHz之間。機(jī)載高頻通信系統(tǒng)使用該頻段，它之間。機(jī)載高頻通信系統(tǒng)使用該頻段，它可以完成長距離的通信?？梢酝瓿砷L距離的通信。 甚高頻甚高頻( VHF)( VHF)頻段在頻段在30 - 300 MHz30 - 300 MHz之間。機(jī)載甚高頻通信系統(tǒng)使用之間。機(jī)載甚高頻通信系統(tǒng)使用該該頻段，其通信作用范圍可達(dá)頻段，其通信作用范圍可達(dá)200 n mile200 n mile。導(dǎo)航系統(tǒng)中的。導(dǎo)航系統(tǒng)中的MKMK、VORVOR和和ILSILS系系統(tǒng)統(tǒng)等以及調(diào)頻廣播電臺(tái)也使用這一頻段。等以及調(diào)頻廣播電臺(tái)也使用

8、這一頻段。 共203頁8 特高頻特高頻( UHF)( UHF)頻段在頻段在300 MHz300 MHz一一3 GHz3 GHz之間。這一頻段僅用于軍事通之間。這一頻段僅用于軍事通信系統(tǒng)中，另外，導(dǎo)航系統(tǒng)中的信系統(tǒng)中，另外，導(dǎo)航系統(tǒng)中的GSGS、DMEDME、ATCATC應(yīng)答機(jī)和應(yīng)答機(jī)和GPSGPS也使用該頻也使用該頻段。段。 超高頻超高頻( SHF)( SHF)頻段在頻段在3 330 GHz30 GHz之間。衛(wèi)星通信系統(tǒng)使用該頻段，之間。衛(wèi)星通信系統(tǒng)使用該頻段，導(dǎo)導(dǎo)航系統(tǒng)中的氣象雷達(dá)、無線電高度表的工作頻率也屬于該頻殷。航系統(tǒng)中的氣象雷達(dá)、無線電高度表的工作頻率也屬于該頻殷。 極高頻極高頻(E

9、HF)(EHF)頻段在頻段在30 - 300 GHz30 - 300 GHz之間。通信系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)中的之間。通信系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)中的設(shè)設(shè)備都不使用這一頻段。備都不使用這一頻段。 對(duì)于微波頻段還有一種國際上公認(rèn)的字母表示方法，它們代表的是對(duì)于微波頻段還有一種國際上公認(rèn)的字母表示方法，它們代表的是一個(gè)大約的頻率范圍，如表一個(gè)大約的頻率范圍，如表4.1 -14.1 -1所列。所列。共203頁9 4.2 4.2 信號(hào)信號(hào) 頻譜頻譜 帶寬帶寬 4.2.1 4.2.1信號(hào)與頻譜信號(hào)與頻譜 語言、文字、音樂、圖像和數(shù)據(jù)等都可以反映一定的信息，可以統(tǒng)語言、文字、音樂、圖像和數(shù)據(jù)等都可以反映一定的信息，可以統(tǒng)稱

10、為信號(hào)，但它們都不屬于電信號(hào)。如果采用無線電技術(shù)傳送這些信稱為信號(hào)，但它們都不屬于電信號(hào)。如果采用無線電技術(shù)傳送這些信息，就必須將其變換為電信號(hào)，話筒就是這樣一個(gè)變換器，它可以將聲息，就必須將其變換為電信號(hào)，話筒就是這樣一個(gè)變換器，它可以將聲音信號(hào)變換為隨之作相應(yīng)變化的電流或電壓。因此，我們將音信號(hào)變換為隨之作相應(yīng)變化的電流或電壓。因此，我們將反映一定的反映一定的非電量信息的電流或電壓稱為電信號(hào)非電量信息的電流或電壓稱為電信號(hào)。 任何非正弦信號(hào)都可以分解為一系列幅度不同、頻率不同和相位不任何非正弦信號(hào)都可以分解為一系列幅度不同、頻率不同和相位不同的正弦分量，即由這些正弦分量疊加而成，如圖同的正

11、弦分量，即由這些正弦分量疊加而成，如圖4.2 -14.2 -1所示。圖中所示。圖中與與方波頻率相同的正弦波稱為基波，方波頻率相同的正弦波稱為基波，高于基波頻率的正弦波稱為諧波高于基波頻率的正弦波稱為諧波。共203頁10 可見，正弦信號(hào)是組成任何信號(hào)的基礎(chǔ)。因此，在研究信號(hào)的傳輸可見，正弦信號(hào)是組成任何信號(hào)的基礎(chǔ)。因此，在研究信號(hào)的傳輸時(shí)，我們僅討論正弦信號(hào)的傳輸過程。時(shí)，我們僅討論正弦信號(hào)的傳輸過程。 如果將各正弦分量的幅度按其頻率的高低依次排列，可得到振幅頻如果將各正弦分量的幅度按其頻率的高低依次排列，可得到振幅頻譜，簡稱幅譜；將各正弦分量的初相位也按其頻率的高低依次排列，即譜，簡稱幅譜；將

12、各正弦分量的初相位也按其頻率的高低依次排列，即為相位頻譜，簡稱相譜。為相位頻譜，簡稱相譜。 幅譜和相譜總稱為頻譜幅譜和相譜總稱為頻譜。通常在沒有注明的情況下所說的頻譜，即。通常在沒有注明的情況下所說的頻譜，即指幅譜。指幅譜。 下面以低頻正弦信號(hào)為例，說明信號(hào)波形與頻譜之間的關(guān)系，如圖下面以低頻正弦信號(hào)為例，說明信號(hào)波形與頻譜之間的關(guān)系，如圖4.2 -24.2 -2所示。所示。 從圖從圖4.2 -2 (b)4.2 -2 (b)可以看出，頻譜譜線的可以看出，頻譜譜線的幅度反映了音頻信號(hào)的峰值幅度反映了音頻信號(hào)的峰值大小大小，頻譜譜線，頻譜譜線距頻率軸原點(diǎn)的遠(yuǎn)近反映了音頻信號(hào)頻率的高低距頻率軸原點(diǎn)的

13、遠(yuǎn)近反映了音頻信號(hào)頻率的高低。 共203頁11 從圖從圖4.2 -2 (b)4.2 -2 (b)可以看出，頻譜譜線的幅度反映了音頻信號(hào)的峰值可以看出，頻譜譜線的幅度反映了音頻信號(hào)的峰值大小，頻譜譜線距頻率軸原點(diǎn)的遠(yuǎn)近反映了音頻信號(hào)頻率的高低。大小，頻譜譜線距頻率軸原點(diǎn)的遠(yuǎn)近反映了音頻信號(hào)頻率的高低。 然而，通常實(shí)際音頻信號(hào)并非單頻正弦波，因此其頻譜也是由多條然而，通常實(shí)際音頻信號(hào)并非單頻正弦波，因此其頻譜也是由多條譜線組成，圖譜線組成，圖4.2 -3 (a)4.2 -3 (a)所示為所示為“啊啊”音信號(hào)的波形，圖音信號(hào)的波形，圖4.2-3 (b) 4.2-3 (b) 所所示為該波形的頻譜圖，圖

14、示為該波形的頻譜圖，圖4.2 -3 (c)4.2 -3 (c)所示為該音頻信號(hào)占有的頻率范圍。所示為該音頻信號(hào)占有的頻率范圍。 可見，要想傳輸可見，要想傳輸“啊啊”音信號(hào)，就必須將圖音信號(hào)，就必須將圖4.2 -3 (b)4.2 -3 (b)中的譜線中的譜線全全部傳出，這樣才能保證所傳信號(hào)不失真。因此，在傳輸信號(hào)時(shí)，應(yīng)該保部傳出，這樣才能保證所傳信號(hào)不失真。因此，在傳輸信號(hào)時(shí)，應(yīng)該保證一個(gè)基本的頻率范圍，這就是下面將要討論的帶寬。證一個(gè)基本的頻率范圍，這就是下面將要討論的帶寬。共203頁12共203頁13 4.2.2 4.2.2信號(hào)的帶寬信號(hào)的帶寬 從上面分析可知，音頻電信號(hào)由話筒轉(zhuǎn)換而來。聲音

15、大，則電信號(hào)從上面分析可知，音頻電信號(hào)由話筒轉(zhuǎn)換而來。聲音大，則電信號(hào)的幅度大；音調(diào)高，則電信號(hào)的頻率高，因此，要傳送這些變化需要占的幅度大；音調(diào)高，則電信號(hào)的頻率高，因此，要傳送這些變化需要占用一定的頻率范圍。我們將用一定的頻率范圍。我們將傳送信號(hào)所必須的頻率范圍稱為信號(hào)的帶寬傳送信號(hào)所必須的頻率范圍稱為信號(hào)的帶寬。共203頁14 例如一個(gè)矩形脈沖波的波形和頻譜如圖例如一個(gè)矩形脈沖波的波形和頻譜如圖4.2 -44.2 -4所示。它的脈沖寬度所示。它的脈沖寬度越窄，其所含有的譜線數(shù)就越多，因此，要想逼真地傳送這一脈沖波越窄，其所含有的譜線數(shù)就越多，因此，要想逼真地傳送這一脈沖波形，就需要將很多

16、頻率成分傳送出去?？梢姡瑐鬏旊娦盘?hào)必須要有一定形，就需要將很多頻率成分傳送出去?？梢?，傳輸電信號(hào)必須要有一定的帶寬。的帶寬。共203頁15 使用電話通信，從經(jīng)濟(jì)角使用電話通信，從經(jīng)濟(jì)角度來考慮，帶寬約為度來考慮，帶寬約為3 kHz3 kHz就可就可以滿足要求；而傳輸高質(zhì)量的以滿足要求；而傳輸高質(zhì)量的音樂信號(hào)所需要的頻率范圍約音樂信號(hào)所需要的頻率范圍約為為30 Hz - 16 kHz30 Hz - 16 kHz。在超短波。在超短波無線電廣播中，至少要有無線電廣播中，至少要有150 150 kHzkHz的帶寬。電視的每個(gè)頻道需的帶寬。電視的每個(gè)頻道需要占用的帶寬為要占用的帶寬為7 78 MHz8

17、MHz。傳。傳輸線路是否具有足夠的帶寬，輸線路是否具有足夠的帶寬，只要輸入一個(gè)正跳變信號(hào)，從只要輸入一個(gè)正跳變信號(hào)，從輸出電壓的波形變化中就可以輸出電壓的波形變化中就可以判斷出來，如圖判斷出來，如圖4.2 -54.2 -5所示。所示。共203頁16 帶寬越小，輸出電壓達(dá)到它的終值所需要的時(shí)間越長。上升時(shí)間由帶寬越小，輸出電壓達(dá)到它的終值所需要的時(shí)間越長。上升時(shí)間由電壓終值的電壓終值的10%10%和和90%90%之間的時(shí)間之間的時(shí)間trtr來確定。它們的關(guān)系為：來確定。它們的關(guān)系為： 從公式中可以看出，從公式中可以看出，trtr越小，輸出信號(hào)的失真就越小，上限頻率越小，輸出信號(hào)的失真就越小，上限

18、頻率f fh h就越高，傳輸信號(hào)要求的帶寬就越大。然而，上限頻率太高，銅導(dǎo)線將就越高，傳輸信號(hào)要求的帶寬就越大。然而，上限頻率太高，銅導(dǎo)線將不能有效地傳輸信號(hào)，這一點(diǎn)由導(dǎo)線對(duì)高頻信號(hào)的傳輸特點(diǎn)決定。由圖不能有效地傳輸信號(hào)，這一點(diǎn)由導(dǎo)線對(duì)高頻信號(hào)的傳輸特點(diǎn)決定。由圖4-14-1得知，從發(fā)射機(jī)到天線，從天線到接收機(jī)，采用的就是導(dǎo)線傳輸高得知，從發(fā)射機(jī)到天線，從天線到接收機(jī)，采用的就是導(dǎo)線傳輸高頻信號(hào)。因此，我們必須討論高頻傳輸線的相關(guān)知識(shí)。頻信號(hào)。因此，我們必須討論高頻傳輸線的相關(guān)知識(shí)。共203頁17 4.3 4.3 傳輸線傳輸線 4.3.1 4.3.1 長線與短線、傳輸線的參數(shù)、等效電路及種類長

19、線與短線、傳輸線的參數(shù)、等效電路及種類 我們平常所使用的電纜線、電話線都是傳輸線。但這兩種傳輸線的我們平常所使用的電纜線、電話線都是傳輸線。但這兩種傳輸線的工作頻率都比較低。工作頻率都比較低。 在這種情況下，傳輸線上的電阻一般可以忽略不計(jì)。由于工作頻率在這種情況下，傳輸線上的電阻一般可以忽略不計(jì)。由于工作頻率很低，線上的分布電感和分布電容也可以忽略。因此可以認(rèn)為：電流和很低，線上的分布電感和分布電容也可以忽略。因此可以認(rèn)為：電流和電壓在某一時(shí)刻可以同時(shí)傳輸?shù)綄?dǎo)線傳輸線上的各個(gè)點(diǎn)。電壓在某一時(shí)刻可以同時(shí)傳輸?shù)綄?dǎo)線傳輸線上的各個(gè)點(diǎn)。 隨著傳輸信號(hào)頻率的升高，傳輸線上的傳輸特性將發(fā)生變化。要想隨著傳

20、輸信號(hào)頻率的升高，傳輸線上的傳輸特性將發(fā)生變化。要想使用傳輸線傳送高頻信息，就需要弄清傳輸線的特點(diǎn)。下面首先介紹長使用傳輸線傳送高頻信息，就需要弄清傳輸線的特點(diǎn)。下面首先介紹長線與短線的概念。線與短線的概念。共203頁18 1 1長線與短線的概念長線與短線的概念 (1)(1)短線的概念短線的概念 由于工作頻率的不同，傳輸線可分為高頻傳輸線和低頻傳輸線。低由于工作頻率的不同，傳輸線可分為高頻傳輸線和低頻傳輸線。低頻傳輸線的工作頻率較低，倍號(hào)波長大于導(dǎo)線長度，即：頻傳輸線的工作頻率較低，倍號(hào)波長大于導(dǎo)線長度，即：LL（L L是電是電路的幾何長度）。這時(shí)可以認(rèn)為：無論傳輸線本身的絕對(duì)幾何長度如路的幾

21、何長度）。這時(shí)可以認(rèn)為：無論傳輸線本身的絕對(duì)幾何長度如何，都稱為何，都稱為“短線短線”。 在前面研究電路問題時(shí)，常常認(rèn)為電子能量只存儲(chǔ)或消耗在電路元在前面研究電路問題時(shí)，常常認(rèn)為電子能量只存儲(chǔ)或消耗在電路元件上，而各元件之間則用既無電阻也無電感的理想導(dǎo)線連接，這些導(dǎo)線件上，而各元件之間則用既無電阻也無電感的理想導(dǎo)線連接，這些導(dǎo)線與電路其他部分之間的電容也不予考慮，這就是所謂的集中參數(shù)電路。與電路其他部分之間的電容也不予考慮，這就是所謂的集中參數(shù)電路。因此，短線概念適用于集中參數(shù)電路。因此，短線概念適用于集中參數(shù)電路。 從圖從圖4.3 -1 (a)4.3 -1 (a)可以看出，由于可以看出，由于

22、L,L,所以可以認(rèn)為沿傳輸線上所以可以認(rèn)為沿傳輸線上任一點(diǎn)的電壓和電流的分布是相同的，它們不隨空間的變化而變化。任一點(diǎn)的電壓和電流的分布是相同的，它們不隨空間的變化而變化。共203頁19 (2) (2)長線的概念長線的概念 實(shí)際電路并不像集中參數(shù)電路等效的那樣，任何電路參數(shù)都具有分實(shí)際電路并不像集中參數(shù)電路等效的那樣，任何電路參數(shù)都具有分布性。比如說，任何導(dǎo)線上的電阻都是分布在它的全部長度上的；不僅布性。比如說，任何導(dǎo)線上的電阻都是分布在它的全部長度上的；不僅線圈的電感分布在它的每一線匝上，即使一根導(dǎo)線也存在著分布電感；線圈的電感分布在它的每一線匝上，即使一根導(dǎo)線也存在著分布電感；兩根導(dǎo)線之間

23、不僅有分布電容，而且由于絕緣不完善而處處有漏電導(dǎo)存兩根導(dǎo)線之間不僅有分布電容，而且由于絕緣不完善而處處有漏電導(dǎo)存在。在。 高頻傳輸線的工作頻率較高，信號(hào)波長較短，傳輸線的長度和沿傳高頻傳輸線的工作頻率較高，信號(hào)波長較短，傳輸線的長度和沿傳輸線傳播的電磁波波長可以相比擬，即：輸線傳播的電磁波波長可以相比擬，即： LL （L L是電路的幾何長是電路的幾何長度）。這種長度能和波長相比擬的傳輸線稱為度）。這種長度能和波長相比擬的傳輸線稱為“長線長線”。因此，在處理。因此，在處理這這種電路時(shí)，應(yīng)該考慮電路的分布參數(shù)，這一類電路稱為分布參數(shù)電路。種電路時(shí)，應(yīng)該考慮電路的分布參數(shù)，這一類電路稱為分布參數(shù)電路

24、?？梢姡L線概念適用于分布參數(shù)電路。可見，長線概念適用于分布參數(shù)電路。共203頁20 從圖從圖4.3 -1 (b)4.3 -1 (b)可以看出，由于可以看出，由于LL ，所以此時(shí)沿傳輸線上任一點(diǎn)，所以此時(shí)沿傳輸線上任一點(diǎn)的電壓和電流的數(shù)值變化較大。一般來說，當(dāng)?shù)碾妷汉碗娏鞯臄?shù)值變化較大。一般來說，當(dāng)L L/10/10時(shí)，傳輸線上的電時(shí)，傳輸線上的電壓和電流值不僅隨時(shí)間變化，而且也隨空間位置的變化而變化，電磁波在壓和電流值不僅隨時(shí)間變化，而且也隨空間位置的變化而變化，電磁波在傳輸線上的傳播呈波浪式向前推進(jìn)。傳輸線上的傳播呈波浪式向前推進(jìn)。 注意：長線和短線的概念都是與波長相比較而言，并非指它們本

25、身的注意：長線和短線的概念都是與波長相比較而言，并非指它們本身的絕對(duì)幾何尺寸的長短。絕對(duì)幾何尺寸的長短。 在這節(jié)中，我們主要研究高頻傳輸線。為了定量計(jì)算傳輸線的各種參在這節(jié)中，我們主要研究高頻傳輸線。為了定量計(jì)算傳輸線的各種參數(shù)，還必須了解高頻傳輸線的等效電路。數(shù)，還必須了解高頻傳輸線的等效電路。共203頁21 2 2傳輸線的分布參數(shù)和等效電路傳輸線的分布參數(shù)和等效電路 (1)(1)傳輸線的分布參數(shù)傳輸線的分布參數(shù) 1) 1)分布電感分布電感L L 平行傳輸線上有電流流過時(shí)，導(dǎo)線周圍就產(chǎn)生了磁場(chǎng)。磁場(chǎng)的產(chǎn)平行傳輸線上有電流流過時(shí)，導(dǎo)線周圍就產(chǎn)生了磁場(chǎng)。磁場(chǎng)的產(chǎn)生，說明導(dǎo)線上有電感存在，而這一磁

26、場(chǎng)是分布在導(dǎo)線周圍的，因此，生，說明導(dǎo)線上有電感存在，而這一磁場(chǎng)是分布在導(dǎo)線周圍的，因此，可以認(rèn)為電感也肯定是分布在整個(gè)導(dǎo)線上，這一分布在導(dǎo)線上的電感稱可以認(rèn)為電感也肯定是分布在整個(gè)導(dǎo)線上，這一分布在導(dǎo)線上的電感稱之為分布電感。之為分布電感。 分布電感的計(jì)算公式為：分布電感的計(jì)算公式為：共203頁22 2)2)分布電容分布電容C C 當(dāng)平行傳輸線之間加上電壓時(shí)，兩條線上的每一點(diǎn)都有電荷分布，當(dāng)平行傳輸線之間加上電壓時(shí)，兩條線上的每一點(diǎn)都有電荷分布，而兩線間又是絕緣的，所以可以把兩線看成是兩個(gè)極板，這樣平行傳輸而兩線間又是絕緣的，所以可以把兩線看成是兩個(gè)極板，這樣平行傳輸線之間就構(gòu)成了許多電容，

27、而且這些電容是沿整個(gè)導(dǎo)線上分布的，這些線之間就構(gòu)成了許多電容，而且這些電容是沿整個(gè)導(dǎo)線上分布的，這些電容就稱為分布電容。電容就稱為分布電容。 分布電容的計(jì)算公式為：分布電容的計(jì)算公式為：共203頁23 3) 3)分布電阻分布電阻R R和分布漏電導(dǎo)和分布漏電導(dǎo)G G 導(dǎo)線材料存在著電阻率導(dǎo)線材料存在著電阻率，因此，傳輸線上還有分布電阻，因此，傳輸線上還有分布電阻R R存在，但存在，但其阻值很小。而線間雖然有絕緣物質(zhì)把導(dǎo)線隔開，但也只能承受一定的線其阻值很小。而線間雖然有絕緣物質(zhì)把導(dǎo)線隔開，但也只能承受一定的線間電壓，一旦線間電壓超過一定范圍，絕緣物質(zhì)將被擊穿。從這一點(diǎn)來間電壓，一旦線間電壓超過一

28、定范圍，絕緣物質(zhì)將被擊穿。從這一點(diǎn)來看，線間還存在著漏電導(dǎo)看，線間還存在著漏電導(dǎo)G G，并且這一漏電導(dǎo)，并且這一漏電導(dǎo)G G也是沿線分布的，只不過其也是沿線分布的，只不過其數(shù)值很小。數(shù)值很小。 根據(jù)上面的根據(jù)上面的分析，可以得到分析，可以得到平行傳輸線的一平行傳輸線的一般等效電路，如般等效電路，如圖圖4.3-24.3-2所示。所示。共203頁24 (2) (2)傳輸線的均勻無損耗等效電路傳輸線的均勻無損耗等效電路 在電工基礎(chǔ)中，我們已經(jīng)討論過，導(dǎo)線一般采用銅線或鋁線，其電在電工基礎(chǔ)中，我們已經(jīng)討論過，導(dǎo)線一般采用銅線或鋁線，其電阻率很低，因此，可以忽略導(dǎo)線上的分布電阻阻率很低，因此，可以忽略導(dǎo)

29、線上的分布電阻R R。另外，分布漏電導(dǎo)也。另外，分布漏電導(dǎo)也很小，而且在信號(hào)傳輸過程中，可以控制線間電壓的大小，所以可以把很小，而且在信號(hào)傳輸過程中，可以控制線間電壓的大小，所以可以把兩線之間看成是完全絕緣的，因此，分布漏電導(dǎo)也可以忽略。兩線之間看成是完全絕緣的，因此，分布漏電導(dǎo)也可以忽略。 但由于傳輸信號(hào)的頻率很高，因此，感抗但由于傳輸信號(hào)的頻率很高，因此，感抗LL和容抗和容抗1/L1/L就不能就不能忽略。根據(jù)上述分析，圖忽略。根據(jù)上述分析，圖4.3 -24.3 -2中的一般等效電路中，就只剩下了分布中的一般等效電路中，就只剩下了分布電感和分布電容。電感和分布電容。 根據(jù)根據(jù)電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)

30、可知，理想電感和電容是不消耗電能的。如果把可知，理想電感和電容是不消耗電能的。如果把傳輸線上的分布電感和分布電容看成是均勻分布的，于是就得到了如圖傳輸線上的分布電感和分布電容看成是均勻分布的，于是就得到了如圖4.3 -34.3 -3所示的等效電路，這一電所示的等效電路，這一電路稱為傳輸線的均勻無損耗等效路稱為傳輸線的均勻無損耗等效電路。在后面對(duì)高頻傳輸線的研電路。在后面對(duì)高頻傳輸線的研究中，只討論均勻無損耗傳輸線。究中，只討論均勻無損耗傳輸線。共203頁25 3 3傳輸線的特性阻抗和電磁波在線上的傳播速度傳輸線的特性阻抗和電磁波在線上的傳播速度 (1)(1)特性阻抗特性阻抗ZcZc 在單位長度

31、為在單位長度為1 1的傳輸線上，各對(duì)應(yīng)點(diǎn)上的電壓與電流之比稱為阻的傳輸線上，各對(duì)應(yīng)點(diǎn)上的電壓與電流之比稱為阻抗。而對(duì)于均勻無損耗傳輸線來說，忽略了傳輸線上電阻和電導(dǎo)的損抗。而對(duì)于均勻無損耗傳輸線來說，忽略了傳輸線上電阻和電導(dǎo)的損耗，并且認(rèn)為分布電感和分布電容在沿線上是均勻分布的，所以傳輸線耗，并且認(rèn)為分布電感和分布電容在沿線上是均勻分布的，所以傳輸線上的能量傳輸靠分布電感和分布電容來完成。根據(jù)能量守恒定律，有：上的能量傳輸靠分布電感和分布電容來完成。根據(jù)能量守恒定律，有：共203頁26 可見，在高頻條件下，傳輸線的特性阻抗相當(dāng)于一個(gè)純電阻，它僅可見，在高頻條件下，傳輸線的特性阻抗相當(dāng)于一個(gè)純電

32、阻，它僅與傳輸線的類型、尺寸和介質(zhì)等參數(shù)有關(guān)，而與頻率無關(guān)。注意上述結(jié)與傳輸線的類型、尺寸和介質(zhì)等參數(shù)有關(guān)，而與頻率無關(guān)。注意上述結(jié)論適用于論適用于RFRF頻段內(nèi)頻段內(nèi)f10 kHzf10 kHz）的均勻無耗傳輸線。）的均勻無耗傳輸線。 例題例題1 1：某傳輸線上的分布電容：某傳輸線上的分布電容C= 28 pF/mC= 28 pF/m，分布電感，分布電感L=1.6H/m,L=1.6H/m,問它的特性阻抗為多大？問它的特性阻抗為多大？ 解：解：共203頁27 (2) (2)傳播速度傳播速度 從傳輸線的等效電路可以看出，它實(shí)際上是一個(gè)電容和電感組成的從傳輸線的等效電路可以看出，它實(shí)際上是一個(gè)電容和

33、電感組成的網(wǎng)絡(luò)，因此，電磁能量的傳播靠電容與電感之間的能量交換來完成。在網(wǎng)絡(luò)，因此，電磁能量的傳播靠電容與電感之間的能量交換來完成。在電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)中我們已經(jīng)學(xué)過：流過電感的電流和加在電容兩端的電壓中我們已經(jīng)學(xué)過：流過電感的電流和加在電容兩端的電壓不能突變，而傳輸線間的絕緣材料又會(huì)增加分布電容的容量，因此，不能突變，而傳輸線間的絕緣材料又會(huì)增加分布電容的容量，因此，分分布電感和電容將對(duì)電磁波在傳輸線上的傳輸產(chǎn)生一定的延遲作用布電感和電容將對(duì)電磁波在傳輸線上的傳輸產(chǎn)生一定的延遲作用。電磁。電磁波的傳播速度由下列公式確定，該速度大約比真空中的光速小波的傳播速度由下列公式確定，該速度大約比真空中的

34、光速小10%10%40%40%。共203頁28 例題例題2 2：測(cè)得某傳輸線上的分布電容：測(cè)得某傳輸線上的分布電容C= 20 pF/mC= 20 pF/m，分布電感，分布電感L=1.5H/mL=1.5H/m，求沿線的傳播速度為多大？，求沿線的傳播速度為多大？ 解：解： 4 4傳輸線的種類傳輸線的種類 在發(fā)射機(jī)與發(fā)射天線之間和接收機(jī)與接收天線之間，所用的傳輸線在發(fā)射機(jī)與發(fā)射天線之間和接收機(jī)與接收天線之間，所用的傳輸線都是高頻傳輸線。它一般有兩種類型：都是高頻傳輸線。它一般有兩種類型：一種是平行雙線傳輸線；另一種一種是平行雙線傳輸線；另一種是同軸傳輸線是同軸傳輸線。 (1)(1)平行雙線傳輸線平行

35、雙線傳輸線 平行雙線傳輸線是一種平衡的傳輸線，它由兩根線徑相等的平行導(dǎo)平行雙線傳輸線是一種平衡的傳輸線，它由兩根線徑相等的平行導(dǎo)線組成，如圖線組成，如圖4.3 -4 (a)4.3 -4 (a)所示。導(dǎo)線的直徑在所示。導(dǎo)線的直徑在1 mm1 mm至數(shù)毫米之間，兩根至數(shù)毫米之間，兩根導(dǎo)線的間距不超過被傳輸?shù)碾姶挪úㄩL的導(dǎo)線的間距不超過被傳輸?shù)碾姶挪úㄩL的1/101/10。通常平行雙線傳輸線的。通常平行雙線傳輸線的特性阻抗大約在特性阻抗大約在250 - 700 250 - 700 之間，常用的特性阻抗值是之間，常用的特性阻抗值是300 300 。這種。這種傳輸線的輻射損耗大，一般工作頻率在傳輸線的輻

36、射損耗大，一般工作頻率在200 MHz200 MHz以下。以下。共203頁29 (2) (2)同軸傳輸線同軸傳輸線 同軸傳輸線又稱為同軸電纜，它是一種不平衡的傳輸線，其結(jié)構(gòu)如同軸傳輸線又稱為同軸電纜，它是一種不平衡的傳輸線，其結(jié)構(gòu)如圖圖4.3 -4 (b)4.3 -4 (b)所示。它由同軸排列的內(nèi)外兩個(gè)導(dǎo)體組成。內(nèi)導(dǎo)體是實(shí)心所示。它由同軸排列的內(nèi)外兩個(gè)導(dǎo)體組成。內(nèi)導(dǎo)體是實(shí)心導(dǎo)線，外導(dǎo)體由金屬編織網(wǎng)制成。內(nèi)外導(dǎo)體間充以高頻絕緣介質(zhì)，表面導(dǎo)線，外導(dǎo)體由金屬編織網(wǎng)制成。內(nèi)外導(dǎo)體間充以高頻絕緣介質(zhì)，表面附有塑料保護(hù)層。同軸線上電阻損耗取決于內(nèi)導(dǎo)體的直徑，電阻損耗小附有塑料保護(hù)層。同軸線上電阻損耗取決于

37、內(nèi)導(dǎo)體的直徑，電阻損耗小于同直徑的平行傳輸線。由于外導(dǎo)體的屏蔽作用，同軸線的輻射損耗很于同直徑的平行傳輸線。由于外導(dǎo)體的屏蔽作用，同軸線的輻射損耗很低，其工作頻率可達(dá)到低，其工作頻率可達(dá)到3 GHz3 GHz。同軸傳輸線的特性阻抗大約在。同軸傳輸線的特性阻抗大約在40-200 40-200 之間。常用的同軸線特性阻抗有之間。常用的同軸線特性阻抗有50 50 、75 75 和和150 150 等多種類型。等多種類型。共203頁30 4.3.2 4.3.2 均勻無損耗傳輸線傳輸?shù)奶攸c(diǎn)和應(yīng)用均勻無損耗傳輸線傳輸?shù)奶攸c(diǎn)和應(yīng)用 1 1傳輸線的長度和傳輸信號(hào)的頻率對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懴旅嫱ㄟ^實(shí)傳輸線的長度和傳

38、輸信號(hào)的頻率對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懴旅嫱ㄟ^實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)傳輸線的傳輸特點(diǎn)進(jìn)行研究。驗(yàn)的方法對(duì)傳輸線的傳輸特點(diǎn)進(jìn)行研究。 首先對(duì)傳輸線實(shí)驗(yàn)設(shè)備作一個(gè)說明：在實(shí)驗(yàn)中，采用一個(gè)首先對(duì)傳輸線實(shí)驗(yàn)設(shè)備作一個(gè)說明：在實(shí)驗(yàn)中，采用一個(gè)100 m100 m長長的傳輸線模擬器完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)器的分布電容的傳輸線模擬器完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)器的分布電容C= 75 pF/mC= 75 pF/m，分布電感，分布電感L=0.4H/mL=0.4H/m，分布電阻，分布電阻R=0.25 /mR=0.25 /m。因此，該實(shí)驗(yàn)器的特性阻抗。因此，該實(shí)驗(yàn)器的特性阻抗Zc Zc 73 73 。 實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)一 按按如圖如圖4.3 -54.3 -5所示所

39、示的實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)行連接。連接。共203頁31 將高頻信號(hào)產(chǎn)生器的輸出信號(hào)頻率將高頻信號(hào)產(chǎn)生器的輸出信號(hào)頻率f f調(diào)整為調(diào)整為1.8 MHz1.8 MHz，電壓的峰，電壓的峰- -峰值峰值uppupp調(diào)整為調(diào)整為8 V;8 V; 將將RL=68 RL=68 的電阻接入電路中，分別測(cè)量的電阻接入電路中，分別測(cè)量“u upp1pp1、u upp2pp2、u upp3pp3、 u upp4pp4和和u upp5pp5的峰的峰- -峰值電壓，并填人下表；峰值電壓，并填人下表；共203頁32 再將高頻信號(hào)產(chǎn)生器的輸出信號(hào)頻率，調(diào)整為再將高頻信號(hào)產(chǎn)生器的輸出信號(hào)頻率，調(diào)整為2 MHz2 MHz，

40、電壓的峰，電壓的峰- -峰值峰值uppupp調(diào)整為調(diào)整為8V8V，重新測(cè)量上述各點(diǎn)的峰，重新測(cè)量上述各點(diǎn)的峰- -峰電壓，填人下表，并用描峰電壓，填人下表，并用描點(diǎn)法畫出曲線圖，如圖點(diǎn)法畫出曲線圖，如圖4.3-64.3-6所示。所示。共203頁33 從上述實(shí)驗(yàn)可以看出，隨著傳輸線長度的增加，沿線上傳輸信號(hào)的從上述實(shí)驗(yàn)可以看出，隨著傳輸線長度的增加，沿線上傳輸信號(hào)的電壓衰減增大；隨著傳輸信號(hào)頻率的增加，傳輸線對(duì)信號(hào)電壓的衰減也電壓衰減增大；隨著傳輸信號(hào)頻率的增加，傳輸線對(duì)信號(hào)電壓的衰減也增大。增大。 信號(hào)電壓隨傳輸線的長度增加而衰減的現(xiàn)象，主要是由傳輸線的分信號(hào)電壓隨傳輸線的長度增加而衰減的現(xiàn)象

41、，主要是由傳輸線的分布電阻引起的。布電阻引起的。傳輸線越長，其電阻就越大，對(duì)傳輸信號(hào)的損耗也越大。傳輸線越長，其電阻就越大，對(duì)傳輸信號(hào)的損耗也越大。這種損耗可以通過放大器加以解決這種損耗可以通過放大器加以解決。 傳輸信號(hào)頻率的增加對(duì)信號(hào)電壓的衰減現(xiàn)象傳輸信號(hào)頻率的增加對(duì)信號(hào)電壓的衰減現(xiàn)象，主要由以下三個(gè)原因，主要由以下三個(gè)原因引起：引起： 平行雙線傳輸線在傳輸較高頻率信號(hào)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的直接輻射。平行雙線傳輸線在傳輸較高頻率信號(hào)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的直接輻射。這樣使大量的電磁能量被輻射出去，只有很小部分能量得到傳輸。這一這樣使大量的電磁能量被輻射出去，只有很小部分能量得到傳輸。這一電磁能量的輻射產(chǎn)生

42、的損耗通常用電磁能量的輻射產(chǎn)生的損耗通常用“封閉封閉”的方法加以解決的方法加以解決。因此，。因此，在在傳傳送頻率較高的信號(hào)時(shí)，常常使用同軸傳輸線送頻率較高的信號(hào)時(shí)，常常使用同軸傳輸線。共203頁34 平行雙線傳輸線和同軸傳輸線都靠電介質(zhì)將兩根導(dǎo)體隔開。在頻平行雙線傳輸線和同軸傳輸線都靠電介質(zhì)將兩根導(dǎo)體隔開。在頻率較高時(shí)，電介質(zhì)也會(huì)損耗電能。這種損耗稱為率較高時(shí)，電介質(zhì)也會(huì)損耗電能。這種損耗稱為介質(zhì)損耗介質(zhì)損耗。雖然從理論。雖然從理論上說，介質(zhì)上無電流流過，無電能損耗，或者說損耗很小，但當(dāng)頻率很上說，介質(zhì)上無電流流過，無電能損耗，或者說損耗很小，但當(dāng)頻率很高時(shí)，介質(zhì)損耗將逐漸增大。高時(shí)，介質(zhì)損耗

43、將逐漸增大。 傳輸線上的能量損耗還來自于導(dǎo)體所產(chǎn)生的熱傳輸線上的能量損耗還來自于導(dǎo)體所產(chǎn)生的熱(I(I2 2 R) R)。在給定電。在給定電流的條件下，流的條件下，熱損或銅損與導(dǎo)體的電阻成正比熱損或銅損與導(dǎo)體的電阻成正比。當(dāng)傳輸線傳輸射頻能量。當(dāng)傳輸線傳輸射頻能量時(shí)，由于時(shí)，由于“集膚效應(yīng)集膚效應(yīng)”的作用，導(dǎo)體的電阻隨頻率的增加而增加，從而的作用，導(dǎo)體的電阻隨頻率的增加而增加，從而使使損耗增加。損耗增加。 基于上述原因，基于上述原因，同軸傳輸線只能傳輸頻率為同軸傳輸線只能傳輸頻率為3 GHz3 GHz以下的信號(hào)，而以下的信號(hào)，而高于高于3 GHz3 GHz的信號(hào)由波導(dǎo)來傳輸。的信號(hào)由波導(dǎo)來傳輸

44、。共203頁35 2 2傳輸線上的行波狀態(tài)和駐波狀態(tài)傳輸線上的行波狀態(tài)和駐波狀態(tài) 實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)二 將將 實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)一 在在f=1.8 MHzf=1.8 MHz時(shí)測(cè)出的數(shù)值填入下表，并將信時(shí)測(cè)出的數(shù)值填入下表，并將信號(hào)產(chǎn)生器的頻率號(hào)產(chǎn)生器的頻率f f調(diào)回調(diào)回1.8 MHz1.8 MHz峰峰- -峰電壓為峰電壓為upp=8 Vupp=8 V。 用短路橋替換用短路橋替換R RL L=68 =68 ，此時(shí)，此時(shí)R RL L=0 =0 ，即傳輸線的終端短路，即傳輸線的終端短路，然后分別測(cè)量然后分別測(cè)量u upp1pp1、u upp2pp2、u upp3pp3、u upp4pp4和和u upp5pp5的峰的

45、峰- -峰值電壓，填人下表。峰值電壓，填人下表。 拆下短路橋，此時(shí)拆下短路橋，此時(shí)R RL L=，即傳輸線的終端開路，然后分別測(cè)量，即傳輸線的終端開路，然后分別測(cè)量u upp1pp1、u upp2pp2、u upp3pp3、u upp4pp4和和u upp5pp5的峰的峰- -峰值電壓，填入下表。峰值電壓，填入下表。共203頁36 通過上表的數(shù)值，利用描點(diǎn)法畫出曲線，如圖通過上表的數(shù)值，利用描點(diǎn)法畫出曲線，如圖4.3-74.3-7所示。所示。共203頁37 (1) (1)行波狀態(tài)行波狀態(tài) 從圖從圖4.3 -74.3 -7可以看出，當(dāng)可以看出，當(dāng)R RL L =68 =68 時(shí)，由于傳輸線的特性

46、阻抗時(shí)，由于傳輸線的特性阻抗Zc Zc =73 =73 ，因此，負(fù)載與傳輸線的特性阻抗基本上達(dá)到了匹配狀態(tài)，因，因此，負(fù)載與傳輸線的特性阻抗基本上達(dá)到了匹配狀態(tài)，因此，線上測(cè)出的各點(diǎn)峰此，線上測(cè)出的各點(diǎn)峰- -峰值電壓基本相同。由于實(shí)際傳輸線上有分布峰值電壓基本相同。由于實(shí)際傳輸線上有分布電阻存在，電阻存在，ZcZc和和R RL L。又不是完全相等，所以，從測(cè)量表中看出，沿線上。又不是完全相等，所以，從測(cè)量表中看出，沿線上的電壓峰的電壓峰- -峰值略有下降。峰值略有下降。 如果我們將傳輸線上的分布電阻忽略，并使如果我們將傳輸線上的分布電阻忽略，并使Zc =RZc =RL L，那么，線上各，那么

47、，線上各點(diǎn)的電壓峰點(diǎn)的電壓峰- -峰值將是相等的。這說明信號(hào)源的電能無損耗地傳輸?shù)搅朔逯祵⑹窍嗟鹊?。這說明信號(hào)源的電能無損耗地傳輸?shù)搅藗鬏斁€的終端負(fù)載。通過上述分析，可以得出下列結(jié)論：傳輸線的終端負(fù)載。通過上述分析，可以得出下列結(jié)論： 當(dāng)負(fù)載當(dāng)負(fù)載RL= ZcRL= Zc時(shí)，傳輸線上只有入射波，而沒有反射波。高頻信號(hào)時(shí)，傳輸線上只有入射波，而沒有反射波。高頻信號(hào)呈波浪式地向終端傳播，并且電能全部傳輸?shù)截?fù)載上，這種狀態(tài)稱為行呈波浪式地向終端傳播，并且電能全部傳輸?shù)截?fù)載上，這種狀態(tài)稱為行波狀態(tài)波狀態(tài)。 在行波狀態(tài)，傳輸線上各點(diǎn)的電壓和電流的相位相同，如果我們想在行波狀態(tài)，傳輸線上各點(diǎn)的電壓和電流的

48、相位相同，如果我們想把信號(hào)源的高頻電能全部傳輸?shù)截?fù)載上，就應(yīng)該采用這種狀態(tài)。把信號(hào)源的高頻電能全部傳輸?shù)截?fù)載上，就應(yīng)該采用這種狀態(tài)。共203頁38 (2) (2)駐波狀態(tài)駐波狀態(tài) 1) 1)終端短路終端短路 當(dāng)當(dāng)R RL L=0=0時(shí)，傳輸線的終端被短路。此時(shí)，從圖時(shí)，傳輸線的終端被短路。此時(shí)，從圖4.3-74.3-7中的虛線上中的虛線上可以看到，終端電壓值在可以看到，終端電壓值在100 m100 m為谷值點(diǎn)、為谷值點(diǎn)、75 m75 m為峰值點(diǎn)、為峰值點(diǎn)、50 m50 m為谷值為谷值點(diǎn)、點(diǎn)、25 m25 m為峰值點(diǎn)、為峰值點(diǎn)、O mO m為谷值點(diǎn)。為谷值點(diǎn)。 可見，此時(shí)傳輸線上的峰可見，此時(shí)傳

49、輸線上的峰- -峰值電壓分布與峰值電壓分布與R RL L=68=68時(shí)的情形大不時(shí)的情形大不相同，出現(xiàn)了規(guī)律性的峰值點(diǎn)和谷值點(diǎn)的分市。這是因?yàn)楫?dāng)終端短路相同，出現(xiàn)了規(guī)律性的峰值點(diǎn)和谷值點(diǎn)的分市。這是因?yàn)楫?dāng)終端短路時(shí)，入射波能量沒有消耗在終端負(fù)載上，而是通過終端向始端方向反射。時(shí)，入射波能量沒有消耗在終端負(fù)載上，而是通過終端向始端方向反射。這樣，在傳輸線上就出現(xiàn)了反射波電壓。入射波電壓和反射波電壓在傳這樣，在傳輸線上就出現(xiàn)了反射波電壓。入射波電壓和反射波電壓在傳輸線上進(jìn)行疊加。當(dāng)它們的相位相同時(shí)，相互疊加形成峰值點(diǎn)輸線上進(jìn)行疊加。當(dāng)它們的相位相同時(shí)，相互疊加形成峰值點(diǎn)波腹；波腹；當(dāng)它們的相位相反

50、時(shí)，相互疊加形成谷值點(diǎn)當(dāng)它們的相位相反時(shí)，相互疊加形成谷值點(diǎn)波節(jié)。因此，沿傳輸線上波節(jié)。因此，沿傳輸線上的峰的峰- -峰值分布就這樣固定下了，它總是以波腹、波節(jié)的規(guī)律變化。對(duì)于峰值分布就這樣固定下了，它總是以波腹、波節(jié)的規(guī)律變化。對(duì)于固定的信號(hào)源頻率來說，波腹、波節(jié)的位置是固定不變的。固定的信號(hào)源頻率來說，波腹、波節(jié)的位置是固定不變的。 兩個(gè)波腹、兩個(gè)波節(jié)之間的距離是多大呢？通過下面簡單的計(jì)算就兩個(gè)波腹、兩個(gè)波節(jié)之間的距離是多大呢？通過下面簡單的計(jì)算就可以回答這一問題?？梢曰卮疬@一問題。共203頁39共203頁40 如果我們把傳輸線理想如果我們把傳輸線理想化，忽略線上的分布電阻及化，忽略線上的

51、分布電阻及測(cè)量誤差，就可以繪制出在測(cè)量誤差，就可以繪制出在終端短路時(shí)均勻無耗傳輸線終端短路時(shí)均勻無耗傳輸線上電壓和電流的分布，如圖上電壓和電流的分布，如圖4.3 -8 (a)4.3 -8 (a)所示。所示。 顯然，終端短路時(shí)，其顯然，終端短路時(shí)，其終端電壓的有效值終端電壓的有效值U Ueffeff肯定肯定為零，而由于為零，而由于R RL L =0 =0，所以開，所以開路電流的有效值路電流的有效值I Ieffeff為最大。為最大。在圖在圖4.3 -8 (a)4.3 -8 (a)中，坐標(biāo)中，坐標(biāo)0 0點(diǎn)選擇在傳輸線的終端，橫點(diǎn)選擇在傳輸線的終端，橫軸坐標(biāo)為線上各點(diǎn)到終端的軸坐標(biāo)為線上各點(diǎn)到終端的距

52、離。距離。共203頁41 2) 2)終端開路終端開路 當(dāng)當(dāng)R RL L=時(shí)，傳輸線的終端開路。從圖時(shí)，傳輸線的終端開路。從圖4.3-74.3-7中的實(shí)線上可以看到，中的實(shí)線上可以看到，此時(shí)終端電壓值為最大此時(shí)終端電壓值為最大(100 m)(100 m)峰值點(diǎn)、峰值點(diǎn)、75 m75 m為谷值點(diǎn)、為谷值點(diǎn)、50 m50 m為峰值點(diǎn)、為峰值點(diǎn)、25 m25 m為谷值點(diǎn)、為谷值點(diǎn)、OmOm為峰值點(diǎn)。入射波能量同樣沒有被消耗，而是通過終為峰值點(diǎn)。入射波能量同樣沒有被消耗，而是通過終端向始端方向反射，入射波電壓和反射波電壓也要在傳輸線上進(jìn)行疊端向始端方向反射，入射波電壓和反射波電壓也要在傳輸線上進(jìn)行疊加，

53、形成波腹和波節(jié)。只不過在終端開路時(shí)，線上形成的波腹、波節(jié)位加，形成波腹和波節(jié)。只不過在終端開路時(shí)，線上形成的波腹、波節(jié)位置與終端短路時(shí)不同。同樣，我們忽略線上的分布電阻及測(cè)量誤差，可置與終端短路時(shí)不同。同樣，我們忽略線上的分布電阻及測(cè)量誤差，可以畫出在終端開路時(shí)均勻無耗傳輸線上的電壓和電流的分布，如圖以畫出在終端開路時(shí)均勻無耗傳輸線上的電壓和電流的分布，如圖4.3 4.3 -9 (a)-9 (a)所示。顯然，終端開路時(shí)，其終端電壓的有效值所示。顯然，終端開路時(shí)，其終端電壓的有效值U Ueffeff肯定為最肯定為最大，而由于大，而由于R RL L=，所以開路電流的有效值，所以開路電流的有效值I

54、Ieffeff肯定為零?？隙榱?。 從上述分析可以看出，從上述分析可以看出，無論是傳輸線的終端短路，還是終端開路，無論是傳輸線的終端短路，還是終端開路，傳輸線上的電壓和電流分布都呈現(xiàn)出位置固定不變的波腹和波節(jié)的分布傳輸線上的電壓和電流分布都呈現(xiàn)出位置固定不變的波腹和波節(jié)的分布情況情況。綜上所述，可以得出如下結(jié)論：。綜上所述，可以得出如下結(jié)論：共203頁42 在終端短路或在終端短路或開路時(shí)，傳輸線上的開路時(shí)，傳輸線上的電壓波和電流波不隨電壓波和電流波不隨時(shí)間的推移沿傳輸線時(shí)間的推移沿傳輸線向前向前“行進(jìn)行進(jìn)”，而是，而是“駐留駐留”在傳輸線上在傳輸線上波波動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為“駐波駐

55、波”。 在駐波狀態(tài)，在駐波狀態(tài)，傳輸線上的電壓波與傳輸線上的電壓波與電流波的相位差是電流波的相位差是9090。共203頁43 (3) (3)駐波狀態(tài)的特點(diǎn)駐波狀態(tài)的特點(diǎn) 1) 1)終端短路的特點(diǎn)終端短路的特點(diǎn) 如圖如圖4.3 -84.3 -8所示。觀察圖所示。觀察圖4.3-8 (a)4.3-8 (a)中中n n * */4(n=l/4(n=l，3 3，5 5) )的各的各點(diǎn)，其電壓有效值為最大，電流有效值為零，由此可以得知，這些點(diǎn)的點(diǎn)，其電壓有效值為最大，電流有效值為零，由此可以得知，這些點(diǎn)的阻抗值應(yīng)該為無窮大。這讓我們聯(lián)想到并聯(lián)諧振電路，在并聯(lián)諧振時(shí)，阻抗值應(yīng)該為無窮大。這讓我們聯(lián)想到并聯(lián)諧

56、振電路，在并聯(lián)諧振時(shí)，其阻抗為無窮大；而在小于其阻抗為無窮大；而在小于/4/4的區(qū)域內(nèi)，從會(huì)點(diǎn)向終端看，還發(fā)現(xiàn)電的區(qū)域內(nèi)，從會(huì)點(diǎn)向終端看，還發(fā)現(xiàn)電壓的相位超前于電流壓的相位超前于電流9090?？梢姡∮??？梢?，小于/4/4的短路線又相當(dāng)于電感，如的短路線又相當(dāng)于電感，如圖圖4.3-8 (b)4.3-8 (b)所示。因此，可以得出如下結(jié)論：所示。因此，可以得出如下結(jié)論： /4/4的短路線相當(dāng)于并聯(lián)諧振，其阻抗為無窮大；小于的短路線相當(dāng)于并聯(lián)諧振，其阻抗為無窮大；小于/4/4的短路的短路線相當(dāng)于電感線相當(dāng)于電感。共203頁44 2) 2)終端開路的特點(diǎn)終端開路的特點(diǎn) 如圖如圖4.3 -94.3 -

57、9所示。觀察圖所示。觀察圖4.3-9 (a)4.3-9 (a)中中n n* */4/4（n=1n=1，3 3，5 5）的）的各點(diǎn)，其電壓有效值為零，電流有效值為最大，那么可以得知，這些點(diǎn)各點(diǎn)，其電壓有效值為零，電流有效值為最大，那么可以得知，這些點(diǎn)的阻抗值應(yīng)該為零。這一現(xiàn)象同樣讓我們聯(lián)想到串聯(lián)諧振電路，在串聯(lián)的阻抗值應(yīng)該為零。這一現(xiàn)象同樣讓我們聯(lián)想到串聯(lián)諧振電路，在串聯(lián)諧振時(shí)，其阻抗為零；而在小于諧振時(shí)，其阻抗為零；而在小于/4/4的區(qū)域內(nèi)，從的區(qū)域內(nèi)，從/4/4點(diǎn)向終端看，還點(diǎn)向終端看，還發(fā)現(xiàn)電流的相位超前于電壓發(fā)現(xiàn)電流的相位超前于電壓9090。可見，小于?？梢?，小于/4/4的短路線又相當(dāng)于

58、電的短路線又相當(dāng)于電容，如圖容，如圖4.3-9 (b)4.3-9 (b)所示。因此，可以得出如下結(jié)論：所示。因此，可以得出如下結(jié)論： /4/4的開路線相當(dāng)于串聯(lián)諧振，其阻抗為零。小于的開路線相當(dāng)于串聯(lián)諧振，其阻抗為零。小于/4/4的開路線相的開路線相當(dāng)于電容當(dāng)于電容。共203頁45 3 3傳輸線的應(yīng)用傳輸線的應(yīng)用 通過上述分析可以知道，通過上述分析可以知道，行波狀態(tài)最適合用于傳輸信號(hào)源的能量，行波狀態(tài)最適合用于傳輸信號(hào)源的能量，而駐波狀態(tài)則完全不能傳輸信號(hào)源的能量而駐波狀態(tài)則完全不能傳輸信號(hào)源的能量。我們之所以分析它，是因?yàn)?。我們之所以分析它，是因?yàn)?4/4短路線和開路線的阻抗具有一定的特點(diǎn)，

59、而絕不是想利用這種狀態(tài)短路線和開路線的阻抗具有一定的特點(diǎn)，而絕不是想利用這種狀態(tài)來傳輸信號(hào)。應(yīng)當(dāng)記住：來傳輸信號(hào)。應(yīng)當(dāng)記?。簜鬏斝盘?hào)源的能量必須采用行波狀態(tài)傳輸信號(hào)源的能量必須采用行波狀態(tài)。 但在實(shí)際導(dǎo)線傳輸線上，要想達(dá)到純行波狀態(tài)是不可能的。在實(shí)際但在實(shí)際導(dǎo)線傳輸線上，要想達(dá)到純行波狀態(tài)是不可能的。在實(shí)際傳輸線上，傳輸?shù)碾姴ǘ继巶鬏斁€上，傳輸?shù)碾姴ǘ继幱谛杏谛? -駐波狀態(tài)。因此，在駐波狀態(tài)。因此，在傳輸線傳輸中引入了電壓駐傳輸線傳輸中引入了電壓駐波比（波比（VSWRVSWR）這一參數(shù)來衡）這一參數(shù)來衡量信號(hào)傳輸?shù)挠行?。量信?hào)傳輸?shù)挠行浴?電壓駐波比（電壓駐波比（VSWRVSWR）：）：

60、傳輸線上相鄰電壓波腹與電傳輸線上相鄰電壓波腹與電壓波節(jié)之比壓波節(jié)之比，如圖，如圖4.3 -104.3 -10所示。所示。共203頁46 式中：式中：u ur r反射波電壓；反射波電壓； u uf f入射波電壓。入射波電壓。 當(dāng)當(dāng)R RL L=Zc=Zc時(shí)，反射電壓時(shí)，反射電壓ur=0ur=0，則，則VSWR=1VSWR=1，這就是前面討論的行波狀，這就是前面討論的行波狀態(tài)。態(tài)。 如果如果RLZcRLZc，則，則VSWR1VSWR1，此時(shí)，電波在線上的傳輸處于行，此時(shí)，電波在線上的傳輸處于行- -駐波狀駐波狀態(tài)。態(tài)。 當(dāng)當(dāng)R RL L=0=0或或R RL L = = 時(shí)，時(shí)，ur=ufur=uf