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Shortcircuit 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 Opencircuit 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 returnloss 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 0 dmin 1 l 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