無(wú)耗傳輸線的狀態(tài)分析

無(wú)耗傳輸線的狀態(tài)分析第1頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于無(wú)耗傳輸線，負(fù)載阻抗不同則波的反射也不同；反射波不同則合成波不同；合成波的不同意味著傳輸線有不同的工作狀態(tài)。歸納起來(lái)，無(wú)耗傳輸線有三種不同的工作狀態(tài)：行波狀態(tài)；純駐波狀態(tài)；行駐波狀態(tài)。第2頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.行波(travelingwave)狀態(tài)行波狀態(tài)：當(dāng)負(fù)載阻抗與傳輸線特性阻抗相同時(shí)，傳輸線上無(wú)反射波，即只有由信號(hào)源向負(fù)載方向傳輸?shù)男胁?。?fù)載阻抗：傳輸線上任意點(diǎn)輸入阻抗：由于傳輸線上只有入射波，所以電壓和電流的復(fù)數(shù)表示和瞬時(shí)值表示分別為：傳輸線上任意點(diǎn)反射系數(shù)：從終端反射系數(shù)也可以看出傳輸線上反射系數(shù)處處為0第3頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)論①沿線電壓和電流振幅不變，駐波比等于1；②電壓和電流在任意點(diǎn)上都同相；③傳輸線上各點(diǎn)阻抗均等于傳輸線特性阻抗。

Z0Z0UIz0第4頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.純駐波(purestandingwave)狀態(tài)純駐波狀態(tài)：

純駐波狀態(tài)就是全反射狀態(tài)，也即終端反射系數(shù)

L=1。此時(shí)負(fù)載阻抗必須滿足：

由于無(wú)耗傳輸線的特性阻抗Z0為實(shí)數(shù)，因此負(fù)載阻抗有三種情況滿足上式：①短路(ZL=0)

②開(kāi)路(ZL)

③純電抗(ZL=jXl)

第5頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月負(fù)載阻抗ZL=0，終端反射系數(shù)L=1，而駐波比，此時(shí)，傳輸線上任意點(diǎn)處的反射系數(shù)為(z)=e-j2z

傳輸線上任意一點(diǎn)z處的輸入阻抗為：傳輸線上電壓電流瞬時(shí)表達(dá)式為：純駐波狀態(tài)下傳輸線上的電壓和電流：(1)終端短路(shortcircuit)第6頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月UUIz終端短路時(shí)線上電壓、電流及阻抗分布終端短路并聯(lián)諧振串聯(lián)諧振第7頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月終端接短路負(fù)載傳輸線狀態(tài)小結(jié)沿線各點(diǎn)電壓和電流振幅按余弦變化，電壓和電流相位差90o，功率為無(wú)功功率，即無(wú)能量傳輸；在z=n/2(n=0,1,2,…)處電壓為零，電流的振幅值最大且等于2|A1|/Z0

，稱這些位置為電壓波節(jié)點(diǎn)；在z=(2n+1)/4(n=0,1,2,…)處電壓的振幅值最大且等于2|A1|，而電流為零，稱這些位置為電壓波腹點(diǎn)；傳輸線上各點(diǎn)阻抗為純電抗，在電壓波節(jié)點(diǎn)處Zin=0相當(dāng)于串聯(lián)諧振；在電壓波腹點(diǎn)處Zin相當(dāng)于并聯(lián)諧振；在0<z</4內(nèi)，相當(dāng)于一個(gè)純電感Zin=jX；在/4<z</2內(nèi)，相當(dāng)于一個(gè)純電容Zin=–jX；從終端起每隔/4阻抗性質(zhì)就變換一次，這種特性稱為阻抗變換性。第8頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月UUIz(2)終端開(kāi)路(opencircuit)終端短路相當(dāng)于此處開(kāi)路串聯(lián)諧振并聯(lián)諧振第9頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例：長(zhǎng)度為10cm終端短路傳輸線的輸入阻抗電長(zhǎng)度：意義：改變頻率和改變長(zhǎng)度等效第10頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月傳輸線的等效

(equivalent)一段短路與開(kāi)路傳輸線的輸入阻抗分別為

第11頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一段長(zhǎng)度的短路線等效為一個(gè)電感，若等效電感的感抗為Xl，則傳輸線的長(zhǎng)度為一段長(zhǎng)度的開(kāi)路線等效為一個(gè)電容，若等效電容的容抗為Xc，則傳輸線的長(zhǎng)度為第12頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

當(dāng)均勻無(wú)耗傳輸線端接純電抗Zin=±jX負(fù)載時(shí)，可以將純電抗Zin=±jX負(fù)載用一段短路線或開(kāi)路線來(lái)等效，因而對(duì)這種情況的分析與（1）（2）的情況類(lèi)似。(3)終端接純電抗Zin=±jX

第13頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月處于純駐波工作狀態(tài)的無(wú)耗傳輸線，沿線各點(diǎn)電壓電流在時(shí)間和空間上相差均為90o，故它們不能用于微波功率的傳輸，但其輸入阻抗的純電抗特性，在微波技術(shù)中卻有著非常廣泛的應(yīng)用。終端短路的傳輸線或終端開(kāi)路的傳輸線不僅可以等效為電容或電感，而且還可以等效為諧振元件。諧振器與分立元件電路一樣也有Q值和工作頻帶寬度。純駐波狀態(tài)小結(jié)第14頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.行駐波(traveling-standingwave)狀態(tài)

當(dāng)微波傳輸線終端接任意復(fù)數(shù)阻抗負(fù)載時(shí)，由信號(hào)源入射的電磁波功率一部分被終端負(fù)載吸收，另一部分則被反射，因此傳輸線上既有行波又有純駐波，構(gòu)成混合波狀態(tài)，故稱之為行駐波狀態(tài)。

線上各點(diǎn)電壓電流時(shí)諧表達(dá)式：設(shè)終端負(fù)載為ZL=RL+jXL

，其終端反射系數(shù)為：第15頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)A1=A1ej0，則傳輸線上電壓、電流的模值為：

顯然，當(dāng)負(fù)載確定時(shí)，線上電壓、電流隨z而變化，在一些點(diǎn)電壓取極大值，電流取極小，稱為電壓波腹點(diǎn)，在另一些點(diǎn)電壓取極小值，電流取極大，稱為電壓波節(jié)點(diǎn)。第16頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電壓波腹點(diǎn)Г(z)為正實(shí)數(shù)，阻抗為純電阻電壓波節(jié)點(diǎn)Г(z)為負(fù)實(shí)數(shù)，阻抗為純電阻波腹點(diǎn)、波節(jié)點(diǎn)阻抗的乘積等于特性阻抗的平方！第17頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(1)波腹點(diǎn)、波節(jié)點(diǎn)的位置電壓波腹點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置為

電壓波節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置為波腹點(diǎn)、波節(jié)點(diǎn)相距/4線上任意點(diǎn)輸入阻抗為復(fù)數(shù)，其表達(dá)式為：第18頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)負(fù)載不同，波腹點(diǎn)、波節(jié)點(diǎn)的位置也隨之變化波腹點(diǎn)波節(jié)點(diǎn)波節(jié)點(diǎn)波腹點(diǎn)第一個(gè)波腹點(diǎn)或波節(jié)點(diǎn)的位置分別為多少？感性負(fù)載容性負(fù)載第19頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(1)(2)(1)電阻性負(fù)載RL<Z0(2)電阻性負(fù)載RL>Z0RlzZ0波腹點(diǎn)波節(jié)點(diǎn)例子第20頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月zz(2)(1)電容性負(fù)載ZL=30j50(2)電感性負(fù)載ZL=30+j50zz(1)ZlzZ0波節(jié)點(diǎn)波腹點(diǎn)第21頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)論

電壓波腹點(diǎn)和波節(jié)點(diǎn)相距/4，且兩點(diǎn)阻抗有如下關(guān)系

實(shí)際上，無(wú)耗傳輸線上距離為/4的任意兩點(diǎn)處阻抗的乘積均等于傳輸線特性阻抗的平方，這種特性稱之為/4阻抗變換性。

/2的重復(fù)性。第22頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)論負(fù)載阻抗等于傳輸線的特性阻抗時(shí)，不產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，傳輸線上只有從信源到負(fù)載的入射波，而無(wú)反射波。匹配負(fù)載完全吸收了由信源入射來(lái)的微波功率，電源的工作狀態(tài)也不會(huì)受到負(fù)載的影響。負(fù)載阻抗不等于傳輸線的特性阻抗時(shí)，稱為不匹配負(fù)載。不匹配負(fù)載將一部分功率反射回去，在傳輸線上出現(xiàn)駐波。當(dāng)反射波較大時(shí)，波腹電場(chǎng)要比行波電場(chǎng)要大得多，容易發(fā)生擊穿，這限制了傳輸線能最大傳輸?shù)墓β剩虼艘扇〈胧┻M(jìn)行負(fù)載阻抗匹配。第23頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月[例1-3]設(shè)有一無(wú)耗傳輸線，終端接有負(fù)載ZL=40-j30

，

（1）要使線上駐波比最小，則該傳輸線的特性阻抗應(yīng)取多少？

（2）此時(shí)最小的反射系