《微波技术与天线》第二章传输线理论part3.ppt

均匀无耗传输线工作状态的分析均匀无耗传输线工作状态的分析工作状态分析工作状态分析 沿线电压沿线电压沿线电压沿线电压/电流波的分布状态；输入阻抗的分布规律。电流波的分布状态；输入阻抗的分布规律。电流波的分布状态；输入阻抗的分布规律。电流波的分布状态；输入阻抗的分布规律。三种工作状态（负载阻抗不同）三种工作状态（负载阻抗不同）行波：行波：行波：行波：|=0|=0，无反射，无反射，无反射，无反射驻波：驻波：驻波：驻波：|=1|=1，全反射，全反射，全反射，全反射uu终端短路（终端短路（终端短路（终端短路（=-1=-1）uu终端开路终端开路终端开路终端开路 （=1=1）uu终端为纯电抗负载终端为纯电抗负载终端为纯电抗负载终端为纯电抗负载行驻波行驻波行驻波行驻波 0|0|1|12022/12/191工作状态分析工作状态分析行波工作状态（无反射）行波工作状态（无反射）2022/12/192工作状态分析工作状态分析行波工作状态（无反射）行波工作状态（无反射）无反射条件：无反射条件：ZL=Z0,L=(z)=0 沿线电压沿线电压/电流分布电流分布 瞬时表达式瞬时表达式瞬时表达式瞬时表达式考虑时间因子考虑时间因子ejt2022/12/193工作状态分析工作状态分析行波工作状态（无反射）行波工作状态（无反射）2022/12/194工作状态分析工作状态分析行波工作状态（无反射）行波工作状态（无反射）沿线的输入阻抗沿线的输入阻抗行波工作状态行波工作状态Z ZL L=Z=Z0 0 时行波分布；时行波分布；时行波分布；时行波分布；电压、电流振幅不变，驻波比电压、电流振幅不变，驻波比电压、电流振幅不变，驻波比电压、电流振幅不变，驻波比=1=1；电压和电流在任意点上都同相；电压和电流在任意点上都同相；电压和电流在任意点上都同相；电压和电流在任意点上都同相；沿线各点的输入阻抗均等于传输线的特性阻抗。沿线各点的输入阻抗均等于传输线的特性阻抗。沿线各点的输入阻抗均等于传输线的特性阻抗。沿线各点的输入阻抗均等于传输线的特性阻抗。2022/12/195工作状态分析工作状态分析行波工作状态（无反射）行波工作状态（无反射）特性阻抗为特性阻抗为特性阻抗为特性阻抗为5050 的传输线终端连接负载产生的的传输线终端连接负载产生的的传输线终端连接负载产生的的传输线终端连接负载产生的VSWRVSWR为为为为2 2，终端，终端，终端，终端处反射波没有相移，求使传输线处于行波工作状态的终端负载处反射波没有相移，求使传输线处于行波工作状态的终端负载处反射波没有相移，求使传输线处于行波工作状态的终端负载处反射波没有相移，求使传输线处于行波工作状态的终端负载应并联的电阻值。应并联的电阻值。应并联的电阻值。应并联的电阻值。【解解解解】=2 =2 由于终端处反射波无相移，所以由于终端处反射波无相移，所以由于终端处反射波无相移，所以由于终端处反射波无相移，所以则终端处的负载阻抗为则终端处的负载阻抗为则终端处的负载阻抗为则终端处的负载阻抗为例例2.72.72022/12/196工作状态分析工作状态分析驻波工作状态（全反射）驻波工作状态（全反射）全反射的条件全反射的条件Z ZL L=0 =0 终端短路终端短路终端短路终端短路Z ZL L=终端开路终端开路终端开路终端开路Z ZL L=jXjX 终端为纯电抗负载终端为纯电抗负载终端为纯电抗负载终端为纯电抗负载2022/12/197工作状态分析工作状态分析驻波工作状态（全反射）驻波工作状态（全反射）2022/12/198驻波工作状态驻波工作状态终端短路终端短路终端短路终端短路Z ZL L=0=0，L L=-1=-1，Z ZL L=0=0 沿线的输入阻抗沿线的输入阻抗沿线的输入阻抗沿线的输入阻抗2022/12/199驻波工作状态驻波工作状态终端短路终端短路2022/12/1910驻波工作状态驻波工作状态终端短路终端短路沿线电压电流分布状态沿线电压电流分布状态沿线电压电流分布状态沿线电压电流分布状态电压波腹点电压波腹点电压波腹点电压波腹点/波节点分布波节点分布波节点分布波节点分布 电压波腹点（电压波腹点（电压波腹点（电压波腹点（电压振幅最大，电流振幅最小电压振幅最大，电流振幅最小电压振幅最大，电流振幅最小电压振幅最大，电流振幅最小）：距终端）：距终端）：距终端）：距终端 /4/4的奇数倍处的奇数倍处的奇数倍处的奇数倍处 电压波节点（电压波节点（电压波节点（电压波节点（电压振幅最小，电流振幅最大电压振幅最小，电流振幅最大电压振幅最小，电流振幅最大电压振幅最小，电流振幅最大）：距终端）：距终端）：距终端）：距终端 /2/2的整数倍处的整数倍处的整数倍处的整数倍处某位置某位置某位置某位置z z处：电压随时间做正弦变化，电流随时间作余弦变化。处：电压随时间做正弦变化，电流随时间作余弦变化。处：电压随时间做正弦变化，电流随时间作余弦变化。处：电压随时间做正弦变化，电流随时间作余弦变化。空间相差为空间相差为空间相差为空间相差为/2/2（电压电压电压电压波腹点波腹点波腹点波腹点对应对应对应对应于于于于电电电电流波流波流波流波节节节节点；点；点；点；电电电电流波流波流波流波节节节节点点点点对应对应对应对应于于于于电压电压电压电压波腹点）。波腹点）。波腹点）。波腹点）。某时刻某时刻某时刻某时刻t t：电压随位置作正弦变化，电流随位置作余弦变化。：电压随位置作正弦变化，电流随位置作余弦变化。：电压随位置作正弦变化，电流随位置作余弦变化。：电压随位置作正弦变化，电流随位置作余弦变化。时间相差为时间相差为时间相差为时间相差为/2/2（电压电压电压电压达最大达最大达最大达最大时电时电时电时电流流流流为为为为0 0；电电电电流达最大流达最大流达最大流达最大时电压时电压时电压时电压为为为为0 0）。）。）。）。电压与电流在时间和空间上的相位差均为电压与电流在时间和空间上的相位差均为电压与电流在时间和空间上的相位差均为电压与电流在时间和空间上的相位差均为 /2/2，功率为无功功，功率为无功功，功率为无功功，功率为无功功率，无能量的传输。率，无能量的传输。率，无能量的传输。率，无能量的传输。2022/12/1911驻波工作状态驻波工作状态终端短路终端短路2022/12/1912驻波工作状态驻波工作状态终端短路终端短路沿线的输入阻抗沿线的输入阻抗沿线阻抗为纯电抗沿线阻抗为纯电抗沿线阻抗为纯电抗沿线阻抗为纯电抗距终端距终端距终端距终端 /4/4的奇数倍处：的奇数倍处：的奇数倍处：的奇数倍处：Z Zinin=，U=U=UUmaxmax（并联谐振）（并联谐振）（并联谐振）（并联谐振）距终端距终端距终端距终端 /2/2的整数倍处：的整数倍处：的整数倍处：的整数倍处：Z Zinin=0=0，I=II=Imaxmax（串联谐振）（串联谐振）（串联谐振）（串联谐振）0z0z /4/4：Z Zinin=+=+jXjX（感性）（感性）（感性）（感性）/4z/4z /2/2：Z Zinin=-=-jXjX （容性）（容性）（容性）（容性）2022/12/1913驻波工作状态驻波工作状态终端短路终端短路沿线的输入阻抗沿线的输入阻抗沿线的输入阻抗沿线的输入阻抗当传输线的位置固定时，该点的输入阻抗也是频率的函数，当传输线的位置固定时，该点的输入阻抗也是频率的函数，当传输线的位置固定时，该点的输入阻抗也是频率的函数，当传输线的位置固定时，该点的输入阻抗也是频率的函数，将随频率而变化将随频率而变化将随频率而变化将随频率而变化 。阻抗匹配只能在某个固定的频率上阻抗匹配只能在某个固定的频率上 。2022/12/1914驻波工作状态驻波工作状态终端开路终端开路沿线电压电流分布状态沿线电压电流分布状态沿线电压电流分布状态沿线电压电流分布状态电压波腹点电压波腹点电压波腹点电压波腹点/波节点分布波节点分布波节点分布波节点分布 电压波腹点（电压波腹点（电压波腹点（电压波腹点（电压振幅最大，电流振幅最小电压振幅最大，电流振幅最小电压振幅最大，电流振幅最小电压振幅最大，电流振幅最小）：距终端）：距终端）：距终端）：距终端 /2/2的整数倍处的整数倍处的整数倍处的整数倍处 电压波节点（电压波节点（电压波节点（电压波节点（电压振幅最小，电流振幅最大电压振幅最小，电流振幅最大电压振幅最小，电流振幅最大电压振幅最小，电流振幅最大）：距终端）：距终端）：距终端）：距终端 /4/4的奇数倍处的奇数倍处的奇数倍处的奇数倍处某位置某位置某位置某位置z z处：电压随时间作余弦变化，电流随时间作正弦变化。处：电压随时间作余弦变化，电流随时间作正弦变化。处：电压随时间作余弦变化，电流随时间作正弦变化。处：电压随时间作余弦变化，电流随时间作正弦变化。某时刻某时刻某时刻某时刻t t时：电压随位置作余弦变化，电流随位置作正弦变化。时：电压随位置作余弦变化，电流随位置作正弦变化。时：电压随位置作余弦变化，电流随位置作正弦变化。时：电压随位置作余弦变化，电流随位置作正弦变化。电压与电流在时间和空间上的相位差均为电压与电流在时间和空间上的相位差均为电压与电流在时间和空间上的相位差均为电压与电流在时间和空间上的相位差均为 /2/2，功率为无功功，功率为无功功，功率为无功功，功率为无功功率，无能量的传输。率，无能量的传输。率，无能量的传输。率，无能量的传输。终端开路：终端开路：终端开路：终端开路：Z ZL=，L=1=12022/12/1915驻波工作状态驻波工作状态终端开路终端开路沿线的输入阻抗沿线的输入阻抗沿线阻抗为纯电抗沿线阻抗为纯电抗沿线阻抗为纯电抗沿线阻抗为纯电抗距终端距终端距终端距终端 /2/2的整数倍处：的整数倍处：的整数倍处：的整数倍处：Z Zinin=，U=U=UUmaxmax （并联谐振）（并联谐振）（并联谐振）（并联谐振）距终端距终端距终端距终端 /4/4的奇数倍处：的奇数倍处：的奇数倍处：的奇数倍处：Z Zinin=0=0，I=II=Imaxmax（串联谐振）（串联谐振）（串联谐振）（串联谐振）0z0z /4/4：Z Zinin=-=-jXjX（容性）（容性）（容性）（容性）/4z/4z /2/2：Z Zinin=jXjX（感性）（感性）（感性）（感性）2022/12/1916驻波工作状态驻波工作状态终端开路终端开路2022/12/1917驻波工作状态驻波工作状态终端开路终端开路终端开路终端开路Vs.终端短路终端短路 只要将终端短路的传输线上电压、电流及阻抗分布从终端开只要将终端短路的传输线上电压、电流及阻抗分布从终端开只要将终端短路的传输线上电压、电流及阻抗分布从终端开只要将终端短路的传输线上电压、电流及阻抗分布从终端开始去掉始去掉始去掉始去掉/4/4线长，余下线上的分布即为终端开路的传输线上线长，余下线上的分布即为终端开路的传输线上线长，余下线上的分布即为终端开路的传输线上线长，余下线上的分布即为终端开路的传输线上沿线电压、电流及阻抗分布。沿线电压、电流及阻抗分布。沿线电压、电流及阻抗分布。沿线电压、电流及阻抗分布。距终端距终端/8处处阻抗阻抗终端短路时：终端短路时：终端短路时：终端短路时：终端开路时：终端开路时：终端开路时：终端开路时：2022/12/1918驻波工作状态驻波工作状态终端短路传输线的输入阻抗与终端开路的终端短路传输线的输入阻抗与终端开路的传输线的输入阻抗相乘：传输线的输入阻抗相乘：可通过测量传输线相同位置开路状态的输入阻抗可通过测量传输线相同位置开路状态的输入阻抗和短路状态的输入阻抗来获得传输线的特性阻抗。和短路状态的输入阻抗来获得传输线的特性阻抗。2022/12/1919驻波工作状态驻波工作状态沿线电压、电流沿线电压、电流振幅分布的特点：振幅分布的特点：相邻的波腹和波节点相距相邻的波腹和波节点相距相邻的波腹和波节点相距相邻的波腹和波节点相距 /4/4 ，相邻两个波腹及相邻两个，相邻两个波腹及相邻两个，相邻两个波腹及相邻两个，相邻两个波腹及相邻两个波节点相距波节点相距波节点相距波节点相距 /2/2 。腹点总是腹点；节点总是节点。腹点总是腹点；节点总是节点。腹点总是腹点；节点总是节点。腹点总是腹点；节点总是节点。相位分布的特点：相位分布的特点：两节点间的相位相同。两节点间的相位相同。两节点间的相位相同。两节点间的相位相同。同一节点两边相位相反。同一节点两边相位相反。同一节点两边相位相反。同一节点两边相位相反。2022/12/1920行驻波状态行驻波状态终端反射系数终端反射系数沿线电压沿线电压/电流分布电流分布2022/12/1921行驻波状态行驻波状态2022/12/1922行驻波状态行驻波状态沿线电压电流分布状态沿线电压电流分布状态沿线电压、电流呈非正弦的周期分布沿线电压、电流呈非正弦的周期分布沿线电压、电流呈非正弦的周期分布沿线电压、电流呈非正弦的周期分布电压波腹点电压波腹点电压波腹点电压波腹点 电压波腹点位置为电压波腹点位置为电压波腹点位置为电压波腹点位置为相应该处的电压、电流：相应该处的电压、电流：相应该处的电压、电流：相应该处的电压、电流：电压波腹点处输入阻抗为纯电阻：电压波腹点处输入阻抗为纯电阻：电压波腹点处输入阻抗为纯电阻：电压波腹点处输入阻抗为纯电阻：2022/12/1923行驻波状态行驻波状态电压波节点电压波节点电压波节点电压波节点 电压波节点位置为电压波节点位置为电压波节点位置为电压波节点位置为相应该处的电压、电流：相应该处的电压、电流：相应该处的电压、电流：相应该处的电压、电流：电压波腹点处输入阻抗为纯电阻：电压波腹点处输入阻抗为纯电阻：电压波腹点处输入阻抗为纯电阻：电压波腹点处输入阻抗为纯电阻：电压波腹点和电压波节点相距电压波腹点和电压波节点相距电压波腹点和电压波节点相距电压波腹点和电压波节点相距/4/4。2022/12/1924行驻波状态行驻波状态沿线输入阻抗沿线输入阻抗沿线阻抗值是非正弦周期函数。沿线阻抗值是非正弦周期函数。沿线阻抗值是非正弦周期函数。沿线阻抗值是非正弦周期函数。在电压波腹点和电压波节点处的输入阻抗为纯电阻。在电压波腹点和电压波节点处的输入阻抗为纯电阻。在电压波腹点和电压波节点处的输入阻抗为纯电阻。在电压波腹点和电压波节点处的输入阻抗为纯电阻。阻抗具有阻抗具有阻抗具有阻抗具有/4/4变换性和变换性和变换性和变换性和/2/2重复性。重复性。重复性。重复性。2022/12/1925行驻波状态行驻波状态无耗传输线终端接负载无耗传输线终端接负载无耗传输线终端接负载无耗传输线终端接负载Z ZL L=40-j30=40-j30。要使传输线上驻波比最小，。要使传输线上驻波比最小，。要使传输线上驻波比最小，。要使传输线上驻波比最小，则该传输线的特性阻抗应取多少？此时最小的反射系数和驻波则该传输线的特性阻抗应取多少？此时最小的反射系数和驻波则该传输线的特性阻抗应取多少？此时最小的反射系数和驻波则该传输线的特性阻抗应取多少？此时最小的反射系数和驻波比是多少？离终端最近的波节点位置在何处？比是多少？离终端最近的波节点位置在何处？比是多少？离终端最近的波节点位置在何处？比是多少？离终端最近的波节点位置在何处？【解解解解】要使线上驻波比最小，实质上使终端反射系数的模值最要使线上驻波比最小，实质上使终端反射系数的模值最要使线上驻波比最小，实质上使终端反射系数的模值最要使线上驻波比最小，实质上使终端反射系数的模值最小即可：小即可：小即可：小即可：由于终端是容性负载，离终端的第一个波节点位置为：由于终端是容性负载，离终端的第一个波节点位置为：由于终端是容性负载，离终端的第一个波节点位置为：由于终端是容性负载，离终端的第一个波节点位置为：例例2.72022/12/1926