微波技術(shù)微波技術(shù)第二章(3-1)課件

1、第四節(jié) 均勻無耗長線的工作狀態(tài) 傳輸線的工作狀態(tài)是指端接不同負(fù)載時，沿線電壓、電流及阻抗的分布規(guī)律。一、行波狀態(tài)(無反射情況) 當(dāng) ZL=Z0 時,G2=(ZL-Z0)/(ZL +Z0) = 0, G (z) = 0 ；或傳輸線相當(dāng)于無限長時，無反射，只有入射行波。 均勻無耗傳輸線的工作狀態(tài)分為三種： (1) 負(fù)載無反射的行波狀態(tài) |G |=0，r =1，K =1。 (2) 負(fù)載全反射的駐波狀態(tài) |G |=1，r =，K = 0。 (3) 負(fù)載部分反射的行駐波狀態(tài) 0 |G |1，1 r ，0 K 1。 取 z 軸原點(diǎn)在波源、指向負(fù)載 , 則行波狀態(tài)下，線上電壓、電流復(fù)數(shù)表達(dá)式為為始端的電壓入

2、射波。式中電壓、電流瞬時值表達(dá)式為由上述可得行波工作狀態(tài)的特點(diǎn)(如圖2-13所示)： (3) 電壓、電流行波同相，相位(w t-b z) 沿傳輸方向連續(xù)滯后。 (4) 沿線電壓、電流的振幅恒定不變。 (1) G (z)=0，r =1，K=1，沿線只有入射行波而無反射波；入射波的能量全部被負(fù)載吸收，傳輸效率最高。 故稱 ZL=Z0 時，負(fù)載與傳輸線匹配。(2) 為純阻。(點(diǎn)擊WinTLS程序演示行波)圖2-13 行波狀態(tài)下的電壓、電流及輸入阻抗分布o(jì)a) 長線 ZL=Z0b) u、i 的瞬時分布c) 的分布d) 輸入阻抗分布二、駐波狀態(tài)(全反射情況)駐波狀態(tài)下，|G |=1，r =，K = 0。

3、 (1) 沿線電壓、電流分布以上關(guān)系式代入式(2-11a)得 當(dāng)終端短路(ZL= 0)、開路(ZL=)或接純電抗負(fù)載(ZL=jXL)時，|G (z)|=|G2|=1，終端全反射，沿線入、反射波疊加形成駐波分布。負(fù)載與傳輸線完全失配。上式取模1. 終端短路(ZL= 0) (終端短路線有時簡稱“短路線”) 則電壓、電流瞬時 表達(dá)式為 可見沿線電壓、電流的瞬時值只隨時間作正弦變化, 而并不向z 軸傳播，亦即沿線電壓、電流呈駐波分布。 根據(jù)式(2-17)可以畫出終端短路時沿線電壓、電流及阻抗的分布圖2-14。短路線的駐波狀態(tài)分布規(guī)律：1) 沿線電壓、電流均為駐波分布。 2) 電壓、電流之間在位置或時間

4、上，相位都相差p/2，無功率的傳輸。圖2-14 長線終端短路時電壓、電流及阻抗的分布a) 長線終端短路 b) 電壓的瞬時分布 c) 電流的瞬時分布 d) 電壓、電流的振幅分布 e) 阻抗變化曲線 f ) 不同長度短路線對應(yīng)的等效電路b)a)c)d)e)f) 4) 在 z =(2n+1)(l/4) (n =0,1, )處為電壓波腹點(diǎn)( )、電流波節(jié)點(diǎn)( )。 3) 在 z = n (l/2) (n =0,1,)處(含終端) 為電壓波節(jié)點(diǎn)( )、電流波腹點(diǎn) ( )。 (2) 短路線的輸入阻抗 f 固定時, Zin(z)按正切規(guī)律變化，T = l/2。為純電抗。 由輸入阻抗的等效觀點(diǎn)出發(fā)，可將任意長

5、度的一段短路線等效為相應(yīng)的等效電路(見圖2-14e)、f ) )：圖2-14 長線終端短路時電壓、電流及阻抗的分布a) 長線終端短路 b) 電壓的瞬時分布 c) 電流的瞬時分布 d) 電壓、電流的振幅分布 e) 阻抗變化曲線 f ) 不同長度短路線對應(yīng)的等效電路b)a)c)d)e)f)短路線串聯(lián)諧振=0 (短路)l/2電 容0(感性)0l/4串聯(lián)諧振=0(短路)0z長度短路線的等效電路Xin(z)z 沿線每經(jīng)過l/4，阻抗性質(zhì)變化一次；每經(jīng)過l/2，阻抗重復(fù)原有值。圖2-14 長線終端短路時電壓、電流及阻抗的分布a) 長線終端短路 b) 電壓的瞬時分布 c) 電流的瞬時分布 d) 電壓、電流的

6、振幅分布 e) 阻抗變化曲線 f ) 不同長度短路線對應(yīng)的等效電路b)a)c)d)e)f)2. 終端開路 (ZL=) （終端開路線有時簡稱“開路線”）(1) 沿線電壓、電流分布以上關(guān)系代入式(2-11a)得則電壓、電流瞬時表達(dá)式為： 1) 沿線電壓、電流均為駐波分布。 2) 電壓、電流之間在位置或時間上，相位都相差p/2 ，無功率的傳輸。 3) 在 z = n(l/2) ( n = 0,1,2, ) 處 (含終端)為電壓波腹點(diǎn)( ) 、電流波節(jié)點(diǎn)( ) 。 4) 在z = (2n+1)(l/4) ( n =0,1,2, )處為電壓波節(jié)點(diǎn) ( )、電流波腹點(diǎn)( )。 終端開路時的駐波狀態(tài)分布規(guī)律

7、(見圖2-15)：(2) 開路線的輸入阻抗亦為純電抗。f 固定時，Zin(z) 按余切規(guī)律變化，T= l/2。 由輸入阻抗的等效觀點(diǎn)出發(fā)， 可將任意長度的一段開路線等效為相應(yīng)的等效電路(見圖2-15c)、d ) ) ：開路線并聯(lián)諧振=(開路)l/2電 感0(感性)l/4 l/2串聯(lián)諧振=0(短路)l/4電 容0 ) )時，因負(fù)載不消耗能量，終端仍產(chǎn)生全反射，沿線呈駐波分布。(1) 負(fù)載為純感抗 (ZL= jX (X0) ) 終端的純感抗可用一段特性阻抗為Z0、長度為l0 (0 l0 0) ) 終端的純?nèi)菘箍捎靡欢翁匦宰杩篂閆0、長度為l0 (l/4 l0 0)時, 終端均產(chǎn)生全反射, 沿線電壓

8、、電流呈駐波分布, (1) 駐波波腹值為入射波幅值的兩倍，波節(jié)值等于零。短路線終端為電壓波節(jié)、電流波腹；開路線終端為電壓波腹、電流波節(jié)；接純電抗負(fù)載時，終端既非波腹、也非波節(jié)。電壓波腹(電流波節(jié)):(點(diǎn)擊WinTLS程序演示駐波)三、行駐波狀態(tài)(部分反射情況)當(dāng)負(fù)載為任意阻抗ZL=R jX (R0，X0 或 ZL=RLZ0) 時 |G |1，表明反射波的幅度小于入射波，入射功率有一部分被負(fù)載吸收，另一部分則被反射回去，均勻無耗長線工作在行駐波(既有行波成分又有駐波成分)狀態(tài)。1. 沿線電壓、電流及輸入阻抗的分布對上式取模，并注意到得式中，2. 沿線的電壓、電流振幅及阻抗分布特點(diǎn) 將式(2-22

9、)代入式(2-24)、式(2-11b) , 可由此畫出行駐波沿線的電壓、電流振幅及阻抗分布曲線，并分析得出以下分布特點(diǎn)： Zin(z) 為 將式(2-12e)代入式(2-12c) ，得端接任意負(fù)載時沿線電壓、電流復(fù)數(shù)值的一般表示式為(1) 當(dāng) 2b z -f2=2np (n =0，1，2，)，即在 z = (f2l)/(4p) + n l / 2 (2-25a)處為電壓波腹點(diǎn)、電流波節(jié)點(diǎn)：由于0 |G |Z0 )。其歸一化輸入電阻(2) 當(dāng) 2b z -f2=(2n+1)p (n =0,1,2,)，即在 z =(f2l)/(4p) + (2n+1) l/4 (2-26a)處為電壓波節(jié)點(diǎn)、電流波腹點(diǎn)：可見，對于行駐波，有為負(fù)實(shí)數(shù)。亦為純阻( Z0 G20(正實(shí)數(shù))，f2=0，終端為電壓波腹點(diǎn)、電流波節(jié)點(diǎn)。 2) ZL=RL Z0 G2 Z0 ; b) ZL = R , R Z0 ; 0 f2 p 距終端最近的電壓波腹點(diǎn)的位置為 0 lmax l/4 距終端最近的電壓波節(jié)點(diǎn)的位置為 l/4 lmin0) 容性復(fù)阻抗則 p f2 2p， l/4 lmax l/2 , 0 lmin0) 感性復(fù)