微波技术-第2章3无耗线工作状态分析.ppt

2.3 无耗线工作状态分析,以反射波的大小，即反射系数的三种状态定义线上的工作状态。,1.行波状态,1）条件：终端无反射,即GL=0，则由:,得:,此时传输线上：,2）特性分析：,电压表达式：向 z 方向传播的波:,电压瞬时值：,时间,初始状态,空间,沿线的阻抗：,电流振幅,由于线上即无损耗也无反射，故其电压、电流振幅值为均匀分布（表明功率的全部传输）,线上任一点的等效阻抗恒等于特性阻抗。,电压振幅,行波,功率传输:,对于已知电源和内阻，如图，则输入端的输入阻抗为Zin=Z0，故由输入端和电源端所组成的等效电路为：,输入端的电流为,输入端的输入功率为,Zin,*如信号源Rg=Z0，则,由于传输线无耗，故能量均被负载吸收,2.驻波状态,1)条件：终端全反射，线上,由 可知有三种终端状态：,2）特性分析：,终端短路线,反射电压波与入射电压波的大小相等，方向相反； 终端VL=0,电压电流瞬时值,驻波,为纯电抗，阻值范围为 阻抗具有l/2的重复性， l/4的变换性,沿线阻抗,短路 Short circuit,在 的范围内： 等效为电容。,在 处 串联谐振电路, 在 的范围内： 等效为电感,在 处 并联谐振电路,开路,终端,终端开路线,反射电压波与入射电压波的大小相等，方向相同； 终端VL=2VL+,d,d,d,阻抗,为纯电抗（从 ）,开路(Open circuit),开路,开路,短路,如果能测得开路和短路阻抗，则可求出 和 。,由开路阻抗和短路阻抗，则有:,则产生全反射，在线上形成驻波。,终端接纯电感负载无耗线:,等效短路线：沿线电压和电流的分布曲线可用一段小于 的短路线等效该电感。,在负载处，终端既不是电压（电流）波节点也不是电压（电流）波腹点。,图2.3-3终端接纯电感负载的沿线电压、电流和阻抗分布,对于这一段等效短路线而言：,则等效短路线的长度：,此时负载为短路，故：,终端接纯电容负载无耗线,即：,产生全反射，在线上形成驻波。,图2.3-4端接纯电容负载的沿线电压、电流和阻抗分布,等效开路线的长度：,在负载处，终端既不是电压（电流）波节点也不是电压（电流）波腹点。,等效开路线：沿线电压和电流的分布曲线可用一段小于 的开路线（或 长的短路线）等效该电容。,电压、电流的振幅V(z)和I(z)是z的函数，波节点和波腹点固定不变，两个 相距为 ；,负载为纯电感时，距负载最近的是电压波腹点 ；在电压从0升到MAX之间；,负载为纯电容时，距负载最近的电压波节点 ；,驻波的特点,短路线的终端是ZL=0，I=MAX，V=0；,开路线的终端是ZL=，V=MAX，I=0；,1）,驻波,4) 传输线上任一点的输入阻抗为纯电抗，且随f和z变化；当f一定时，不同长度的驻波线可分别等效为电感、电容、串联谐振电路、并联谐振电路。,3）电压或电流波节点两侧各点相位相反，相邻两节点之间各点的相位相同；,2）各点上的电压和电流随时间t 和位置z 变化都有 的相位差，无能量传输和消耗；,1）条件：终端接一般复数阻抗时将产生部分反射，在线上形成行驻波,终端阻抗： ，反射系数,3. 行驻波状态,2）特性分析：,则其模：, ，终端产生部分反射，线上形成行驻波 由线上任一点：,则可得到波腹、 波谷值：,注意： 在Vmax点上有Imin，而在Vmin点上有Imax。, 当,将出现驻波最大点,此时,行驻波状态沿线各点的输入阻抗一般为复阻抗，但在电压驻波最大点和电压驻波最小点处的输入阻抗为纯电阻。,即：,则有,ZL=25W，无耗线长为1.7波长的沿线分布阻抗Zin,R=ZRe,X=ZIm,d,Zin,4.传输功率,入射波功率,反射波功率,传输功率,由于,故传输功率,失配无耗线的情况，此时负载有反射。,亦可用电压驻波最大点或最小点的值计算：,由于,故有,Vmin点：,回波损耗,回波损耗：又称回程损耗或反射波损耗,由于,a.匹配负载， ， 即无反射功率,b.全反射负载， ， 入射功率被全部反射,c.反射功率为入射功率的一半时，,( return loss),|V|,R=ZRe,X=ZIm,ZL=25W，Z0=50W无耗线长为1.3波长的沿线阻抗及电压分布,例,已知：一无耗均匀长线特性阻抗为Z0=300W, 其长度为L=1.5m，终端负载为ZL=100+j100W，始端信号源Eg=100V(振幅值)，内阻为Rg=50W，工作频率为f=300MHz，求：,终端反射系数GL、线上驻波比VSWR ; 输入端的输入阻抗Zin和反射系数Gin ; ZL吸收功率; |Vmax|、|Vmin|; |Zmax|、|Zmin| ； 沿线电压、电流振幅分布,解：（1）终端反射系数GL、线上驻波比VSWR,即有：,(2)输入端的输入阻抗Zin和反射系数Gin,线上电磁波的工作波长：,传输线的电长度：,另由线的l/2的重复性，可知线的输入阻抗等于终端负载。,得,反射系数：,（3）ZL吸收功率;,传输功率为：,由线上任一点的等效电压为入射电压与反射电压之和：,可得：,已知其输入阻抗， 则等效电路如图：,（4）|Vmax|、|Vmin|;,由于,故有：,（5）|Zmax|、|Zmin|,（6）沿线电压、电流振幅分布,关键是确定dmin,1（0dmin,1l/2），（或dmax1）,由,则可画出沿线电压分布。,电流振幅分布：,在电压最大点为电流最小点，因此在该点上