均匀无耗传输线三种状态分析(1).ppt

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1、1.3.1 行波状态行波状态1.3.2 驻波状态驻波状态1.3.3 行驻波状态行驻波状态ZLZ0（或半无限（或半无限长传输线）长传输线）0,jXLRL jXL(z)0-1,1,(z)=10(z)1 1 1 工作状态工作状态行波状态行波状态驻波状态驻波状态行驻波状态行驻波状态1.3.1 行波状态（无反射）行波状态（无反射）传传输输线线的的工工作作状状态态是是指指终终端端接接不不同同负负载载时时，电压、电流波沿线的分布状态。电压、电流波沿线的分布状态。当传输线为半无限长或负载阻抗等于传输线特性阻抗时，当传输线为半无限长或负载阻抗等于传输线特性阻抗时，L=0和和(z)0，=l，此时线上只有入射波，没

2、有反射波，此时线上只有入射波，没有反射波，传输线工作在行波状态。行波状态意味着入射波功率全部传输线工作在行波状态。行波状态意味着入射波功率全部被负载吸收，即负载与传输线相匹配。被负载吸收，即负载与传输线相匹配。入入射波功率全部被负载吸收射波功率全部被负载吸收Zs=Z0Z0 （1）线上电压、电流的复数表达式为）线上电压、电流的复数表达式为：（2）电压、电流的瞬时值表达式为：）电压、电流的瞬时值表达式为：（3）沿线各点的阻抗为：）沿线各点的阻抗为：（4）沿线各点的输入阻抗、反射系数、驻波比为：）沿线各点的输入阻抗、反射系数、驻波比为：（5）负载吸收的功率为：）负载吸收的功率为：由此可得行波状态下的

3、分布规律：由此可得行波状态下的分布规律：(1)线上电压和电流的振幅恒定不变；线上电压和电流的振幅恒定不变；(2)电电压压行行波波与与电电流流行行波波同同相相，它它们们的的相相位位是是位位置置z和和时时间间t的函数：的函数：(3)线上的输入阻抗处处相等，且均等于特性阻抗，即线上的输入阻抗处处相等，且均等于特性阻抗，即Zin(z)=Z0。1.3.1 行波状态行波状态1.3.2 驻波状态驻波状态1.3.3 行驻波状态行驻波状态ZLZ0（或或Z0半无半无限长传输线）限长传输线）0,jXLRL jXL(z)0-1,1,(z)=10(z)1 1 1 工作状态工作状态行波状态行波状态驻波状态驻波状态行驻波状

4、态行驻波状态 当当传传输输线线终终端端短短路路(ZL0)、开开路路(ZL=)或或接接纯纯电电抗抗负负载载(ZL=jXL)时时，终终端端的的入入射射波波将将被被全全反反射射，沿沿线线入入射射波波与与反反射射波波叠叠加加形形成成驻驻波波分分布布。驻驻波波状状态态意意味味着着入入射射波波功功率率一一点点也也没没有有被被负负载载吸吸收收，即即负负载载与与传传输输线线完完全全失失配配。驻驻波波状态下，状态下，|(z)|=1、=。Zs=Z0jXL1.3.2 驻波状态（全反射）驻波状态（全反射）由此可见，当终端短路时，终端电压反射波与入射由此可见，当终端短路时，终端电压反射波与入射波等幅反相；而电流反射波与

5、入射波等幅同相。终波等幅反相；而电流反射波与入射波等幅同相。终端电压为零，而电流为入射波电流的二倍。端电压为零，而电流为入射波电流的二倍。1 终端短路终端短路(ZL=0)（1）终端状态终端状态负载阻抗负载阻抗ZL=0，L=-1=-1，=因而因而:（2）沿线电压、电流和阻抗分析）沿线电压、电流和阻抗分析(a)沿线电压、电流的复数表达式沿线电压、电流的复数表达式可画出沿线电压电流的振幅分布。可画出沿线电压电流的振幅分布。上式取模得：上式取模得：当当d=(2n十十1)4，(n=0、l、)时时，电电压压振振幅幅恒恒为为最最大大值值，而而电电流流振振幅幅恒恒为为零零，这这些些点点称称之之为为电电压压的的

6、波波腹腹点点和电流的波节点；和电流的波节点；当当d=n2，(n=0、l、)时时，电电流流振振幅幅恒恒为为最最大大值值，而而电电压压振振幅幅恒恒为为零零，这这些些点点称称之之为为电电流流的的波波腹腹点点和和电电压压的波节点。的波节点。可可见见，波波腹腹点点和和波波节节点点相相距距4。两两相相临临波波腹腹或或两两相相邻波节相距邻波节相距2。终端为电压波节，电流波腹。终端为电压波节，电流波腹。(b)沿线任一点的阻抗沿线任一点的阻抗纯电抗，取值范围：纯电抗，取值范围：-j+j。可画出沿线阻抗分布。可画出沿线阻抗分布。2终端开路终端开路(ZL=)（1）终端状态终端状态负载阻抗负载阻抗ZL=，L=1，=，

7、因而因而:由此可见，当终端开路时，终端电压反射波与入射波等幅同由此可见，当终端开路时，终端电压反射波与入射波等幅同相；而电流反射波与入射波等幅反相。终端电压为入射波电相；而电流反射波与入射波等幅反相。终端电压为入射波电压的二倍，而电流为零。压的二倍，而电流为零。（2）沿线电压、电流和阻抗分析）沿线电压、电流和阻抗分析 (a)沿线电压、电流的复数表达式沿线电压、电流的复数表达式画画出出沿沿线线电电压压电电流流的的振振幅幅分分布布，如如图图所示。所示。为纯电抗，取值范为纯电抗，取值范围：围：-j+j。可可画出沿线阻抗分布，画出沿线阻抗分布，如图所示。如图所示。(b)沿线任一点的阻抗沿线任一点的阻抗

8、2终端开路终端开路(ZL=)（3）结论：）结论：开路时的驻波状态分布规律：与终端短路开路时的驻波状态分布规律：与终端短路相比不难看出，只要将终端短路的传输线上电相比不难看出，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长度压、电流及阻抗分布从终端开始去掉长度4，余下线上的分布即为终端开路时的电压、电余下线上的分布即为终端开路时的电压、电流及阻抗分布。终端为电压波腹、电流波节流及阻抗分布。终端为电压波腹、电流波节。2终端开路终端开路(ZL=)均均匀匀无无耗耗传传输输线线终终端端接接纯纯电电抗抗负负载载ZL=jX时时，因因负负载载不不消消耗耗能能量量，终终端端仍仍将将产产生生全全反反

9、射射，入入射射波波与与反反射射波波相相叠叠加加，终终端端既既不不是是波波腹腹也也不不是是波波节节，但但沿沿线线仍仍呈呈驻驻波波分分布布。此此时时终终端端电电压压反射系数为反射系数为式中式中:，3.终端接纯电抗负载终端接纯电抗负载(ZL=jX)此此感感抗抗可可用用一一段段特特性性阻阻抗抗为为Z0、长长度度为为d0(d04)的的短短路路线线等等效效，如如图图中中的的虚虚线线所所示示。长长度度d0可可由由下下式式确确定定:(1)负载为纯感抗负载为纯感抗(XL0)因此，长度为因此，长度为d、终端接感性负载的终端接感性负载的传输线，沿线电压、电流及阻抗的变传输线，沿线电压、电流及阻抗的变化规律与长度为化

10、规律与长度为d+d0的短路线上对应的短路线上对应段的变化规律完全一致，距终端最近段的变化规律完全一致，距终端最近的是电压波腹、电流波节，该点距终的是电压波腹、电流波节，该点距终端的距离为：端的距离为：4d0。因因此此，长长度度为为d、终终端端接接容容性性负负载载的的传传输输线线，沿沿线线电电压压、电电流流及及阻阻抗抗的的变变化化规规律律与与长长度度为为d+d0的的短短路路线线上上对对应应段段的的变变化化规规律律完完全全一一致致，距距终终端端最最近近的的是是电电压压波波节节点点，电电流流波波腹腹，该该点点距终端的距离为：距终端的距离为：2d0。(2)负载为纯容抗负载为纯容抗(XL0)此容抗也可用

11、一段特性阻抗为此容抗也可用一段特性阻抗为Z0、长度为长度为d0(4d02）的短路的短路线等效，如图中的虚线所示。长度线等效，如图中的虚线所示。长度d0可由下式确定：可由下式确定：综综上上所所述述，均均匀匀无无耗耗传传输输线线终终端端无无论论是是短短路路、开开路路还还是是接接纯纯电电抗抗负负载载，终终端端均均产产生生全全反反射射，沿沿线电压电流呈驻波分布，其特点为：线电压电流呈驻波分布，其特点为：(1)驻驻波波波波腹腹值值为为入入射射波波的的两两倍倍，波波节节值值等等于于零零。短短路路线线终终端端为为电电压压波波节节、电电流流波波腹腹；开开路路线线终终端端为为电电压压波波腹腹、电电流流波波节节；

12、接接纯纯电电抗抗负负载载时时，终端既非波腹也非波节。终端既非波腹也非波节。(2)沿线同一位置的电压电流之间相位差沿线同一位置的电压电流之间相位差/2，所以驻波状态只有能量的存贮并无能量的传输。所以驻波状态只有能量的存贮并无能量的传输。故称为驻波。故称为驻波。1.3.1 行波状态行波状态1.3.2 驻波状态驻波状态1.3.3 行驻波状态行驻波状态ZLZ0（或半无限或半无限长传输线）长传输线）0,jXLRL jXL(z)0-1,1,(z)=10(z)1 1 1 工作状态工作状态行波状态行波状态驻波状态驻波状态行驻波状态行驻波状态式中终端反射系数的模和相角分别为式中终端反射系数的模和相角分别为:当均

13、匀无耗传输线终端接任意负载阻抗当均匀无耗传输线终端接任意负载阻抗ZL=RjX时时:1.3.3、行驻波状态（部分反射）、行驻波状态（部分反射）|1，表表明明反反射射波波幅幅度度小小于于入入射射波波幅幅度度，入入射射波波功功率率部部分分被被负负载载吸吸收收，部部分分被被负负载载反反射射，部部分分反反射射波波与与入入射波叠加形成行驻波。射波叠加形成行驻波。1沿线电压、电流分布沿线电压、电流分布 终端接任意负载时沿线的电压电流复数振幅的一般终端接任意负载时沿线的电压电流复数振幅的一般表达式为：表达式为：上式取模得上式取模得:由此由此可知：可知：(1)沿线电压电流呈非正弦周期分布；沿线电压电流呈非正弦周

14、期分布；(2)当当 即即 时时，电电压压取取得得最最大大值值（波波腹腹），电电流流取取得得最最小小值（波节），它们的位置用值（波节），它们的位置用 表示。表示。由：由：得：得：由：由：得得：(3)当当 即即 时，时，电电压压取取得得最最小小值值(波波节节)，电电流流取取得得最最大大值值(波波腹腹)，它们的位置用它们的位置用 表示如下：表示如下：（n=0、1、2、）(4)结论：结论：(a)电电压压或或电电流流的的最最大大值值小小于于终终端端入入射射波波电电压压或电流幅度的二倍，而最小值大于或电流幅度的二倍，而最小值大于0；(b)电压或电流的波腹点与波谷点相距电压或电流的波腹点与波谷点相距4；(c

15、)电电压压、电电流流的的最最大大值值或或最最小小值值与与负负载载反反射射系数的模系数的模|L|有关；有关；(d)电压、电流的最大值或最小值的位置与负电压、电流的最大值或最小值的位置与负载反射系数的相位载反射系数的相位L有关，即与负载阻抗的性质有关，即与负载阻抗的性质有关。有关。（f）每隔）每隔/4阻抗性质变换一次，每隔阻抗性质变换一次，每隔/2阻抗阻抗值重复一次。值重复一次。(e)阻抗的数值呈周期性变化，在电压的波腹阻抗的数值呈周期性变化，在电压的波腹点和波点和波谷点阻抗为纯电阻，分别为最大值和最小谷点阻抗为纯电阻，分别为最大值和最小值，两者间相距值，两者间相距/4。它们分别为：它们分别为：作业：作业：1-11、1-12