微波技术基础PPT课件第一部分 传输线理论Ch04工作状态分析(II).ppt

第 4 4 章工程状态分析() Working Process Analysis() 在上面一讲中，我们引进了分析无耗传输线的两个 重要工作参数反射系数和阻抗 和无耗传输线的两种重要工作状态 全驻波状态是用 坐标分析的，行波则用z坐标。 对于一般情况，我们以后均采用 坐标只是需注 意：这时 表示向z方向的入射波。 等效长度概念特别重要，有了等效长度的概念， 我们只要令 一切均与短路传输线上类似，也就是我们只需分析短路 传输线 (4-1) (4-2) 只要注意场分布在任意情况下，与短路状态相比较， 多了一相位因子 短路状态 ，开路状态 (4-3) 本讲分析工作状态时，将进一步推广等效长度的 概念。 所谓行驻波状态，即最一般的部分反射情况 一、行驻波状态场分布 (4-4) (4-5) 和全驻波情况类似，分析行驻波情况沿线电压、电流 分布 一、行驻波状态场分布 (4-6) 由形式似乎看出：前一部分是行波，而后一部分 是全驻波。 一、行驻波状态场分布 图 4-1 行驻波传输线 研究任意 处的阻抗 ，根据定义 一、行驻波状态场分布 一、行驻波状态场分布 由上面推导，可引入第三个工作参数电压驻 波比 ，用VSWR(Voltage Standing Wave Ratio)表 示。 1 (4-7) 也就是说，对于无耗传输线， 不会小于1。(等于1 对应行波情况)。再次写出电压 表示式 一、行驻波状态场分布 (4- 8) 于是 这样，电压驻波比的物理意义是电压振幅最大值与最 小值之比。很明显，它应大于等于1。对于行波 ，对于全驻波 。电压驻波比 是系统参量，而不 是线上各点的函数。 一、行驻波状态场分布 大家知道，不同的系统有不同的特性阻抗 。为 了统一和便于研究，常常提出归一化(Normalized)概 念，即阻抗 称为归一化阻抗 这样，就把问题的共性(与Z0无关的部分)提取出 来了。于是有 (4-9) (4- 10) 一、行驻波状态场分布 为了将Zl=RlZ0作为标准状态加以比较，式(4- 10)又可写成 再注意到反射系数 (4- 11) 一、行驻波状态场分布 对应的反射系数相位 (4- 12) (4- 13) 二、Zl=RlZ0标准状态 和全驻波传输线短路状态类似，我们把Zl=RlZ0作 为行驻波传输线的标准状态。因为Xl=1，Zl-Rl0可 知 (4- 14) (4- 15) (4- 16) 二、Zl=RlZ0标准状态 图 4-2 状态 二、Zl=RlZ0标准状态 考虑 到，可知这时的电压驻波比 (4- 17) 标准状态下电压驻波比 等于归一化负载电阻的 倒数。(这一点很好记忆：此时归一化负载电阻 1 ，而 必须大于1)。 三、 状态 行驻波的这一状态与全驻波开路状态类似， 0。于是， ，即 (4- 18) (4- 19) (4- 20) 三、 状态 对比式(4-16)和(4-20)可知在形式上，有 图4-3 状态 (4- 21) 三、 状态 在这种情况下， ，于是有 (4- 22) 也就是说， ，电压驻波比 等于归一化负载 电阻 ，与全驻波状态完全类比。我们可以推广等效 长度概念 ，令 (4- 23) 三、 状态 那么波节点的坐标是 。 的物理意义是从负载出 发到波节点的负距离，因此到波节点的距离可写为 ，有 一般取号。 (4- 24) (4- 25) 四、 任意状态 计及 ，可知 电压，电流沿线分布 (4- 27) (4- 26) 四、 任意状态 而阻抗 分布为 上面写法是以小电阻 作为标准状态。只要 ，即完全归于标准状态。 (4- 28) 四、 任意状态 Xl0容性负载情况 Xl0感性负载情况 四、 任意状态 图 4-4 五、行驻波阻抗图形 已得导出 很容易得到 (4- 31) 五、行驻波阻抗图形 画出行驻波阻抗图形，可以发现其性质。 (4- 32) 性质行驻波阻抗依然有 波长周期性。 感性和容性(也可以说是串联谐振和并联谐振) 一次变换性质。 在电压波节点，阻抗为纯阻，但最小 在电压波腹点，阻抗也是纯阻，但最大 (4- 33) 五、行驻波阻抗图形 图4-5 行驻波阻抗特性 五、行驻波阻抗图形 从图形中还可以看出，全驻波传输线阻抗只有电抗， 没有电阻，而电抗始终是正斜率(也称Foster定理)。 而行驻波传输线的阻抗既有电抗，又有电阻，且电抗 (在并联谐振处)出现负斜率。 六、功率关系 重新记起一般行驻波情况下，沿线的电压、电流 分布 写出传输功率(注意是实功率，不包括虚功率)的一般表 示式 (4- 34) 六、功率关系 注意到上述推导中应用了无耗传输线 的条件，且 表示入射功率 表示反射功率 (4- 35) (4- 36) (4- 37) (4- 38) 六、功率关系 于是 式(4-39)表明：传输功率等于入射波功率减去反射波 功率，其中 表示入射波和反射波没有相互作用，或者换句话说，对 于无耗传输线，反射波与射波是独立的。 (4- 39) 六、功率关系 对于行波传输线 对于全驻波传输线 即全驻波传输线没有传输功率，或者说，入射波功率等 于反射波功率。 (4- 40) (4- 41) 六、功率关系 特殊地，在电压波腹或波节点，由于阻抗是纯阻， 因此电压、电流必然同相 可见