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1、§5-4波的反射與終端匹配的均勻傳輸線設(shè)均勻線終端所接負載阻抗為Z2若Z2=Zc則終端匹配分析反射系數(shù)是一個復數(shù),反映了反射波與入射波在幅值和相位上的差異;反射系數(shù)的大小與傳輸線特性阻抗和終端負載阻抗有關(guān);在通信線路和設(shè)備連接時,均要求匹配,避免反射Z2=0(短路)Z2=∞(開路)Z2=Zc全反射無反射工作在匹配狀態(tài)下的傳輸線稱為無反射線終端反射系數(shù)(reflectioncoefficient):終端匹配的均勻線(N2=0)①從無反射線上任意一處向線路終端看去的等效阻抗均相等②始端電壓、電流相量③線上任意一處的電壓、電流相量線上電壓、電流有效值按相同規(guī)律衰減④功率傳輸線
2、的自然功率(naturalpower)線路始端輸入的功率為終端負載吸收的功率為§5-5無損耗線·駐波無損耗線(losslessline):R0=0,G0=0條件:(R0<<ωL0,G0<<ωC0)推導參數(shù):①傳播常數(shù)工程應用判斷條件②波速常數(shù)在空氣中的無損耗線有④特征阻抗③波長呈純電阻性無損耗線上距終端x?處的輸入阻抗(負載阻抗Z2)無損耗線上距終端x?處電壓、電流以及輸入阻抗:x’①輸入阻抗和傳輸線的特性阻抗、終端負載、工作頻率、以及與終端的距離有關(guān);②輸入阻抗每隔半個波長重復出現(xiàn)一次。分析討論不同負載Z2時無損耗線的工作狀態(tài)阻抗匹配Z2=ZC沿線電壓、電流振幅不變;
3、③沿線電壓、電流同相位;②沿線輸入阻抗④電源發(fā)出的能量全部被負載吸收,傳輸效率最高。無反射終端開路全反射設(shè)兩個等速而反向行進的等幅正弦行波相疊加,形成駐波沿線電壓、電流的振幅是位置x'的函數(shù),最大值和零值出現(xiàn)的位置固定不變沿線電壓、電流有效值電壓振幅絕對值最大點稱為電壓的波腹當即出現(xiàn)電壓波腹電壓振幅絕對值為零點稱為電壓的波節(jié)當即出現(xiàn)電壓波節(jié)電流波節(jié)電流波腹②電壓波腹點為電流波節(jié)點,電壓波節(jié)點為電流波腹點;終端處電壓為波腹、電流為波節(jié)輸入阻抗呈容性呈感性?3?/42?/4?/4Xoc0x'實際應用中可用的無損開路線等效替代一個電容;實際應用中可用的無損開路線等效替代LC串
4、聯(lián)諧振電路;純電抗性
5、Ioc
6、x’3?/4?/4
7、Uoc
8、o?/2?電能與磁能在?/4空間相互轉(zhuǎn)換,沿線無能量損耗沿線電壓、電流有效值能量終端短路的無損耗線上也形成駐波終端短路電壓波節(jié)位于電流波節(jié)位于全反射輸入阻抗?3?/42?/4?/4Xscox'實際應用中可用的無損短路線等效替代一個電感;實際應用中可用的無損短路線等效替代LC并聯(lián)諧振電路;線上電壓、電流沿線的分布形成駐波,但電壓(電流)的波腹(波節(jié))不一定出現(xiàn)在終端;Z2=jX2終端接純電抗負載入射波在終端發(fā)生全反射;總可以在終端短路或開路傳輸線的適當位置找到等于X2的電抗值終端接電感等效為原傳輸線延長l(/4
9、)的短路情況jXL等效ljXL終端接電容等效為原傳輸線延長l(/4)的開路情況-jXC等效l-jXC線路的工作狀態(tài)既不是單純的駐波工作狀態(tài),也不是單純的前向行波工作狀態(tài),而是二者的疊加。換言之,既有沿線電磁場能量的振蕩,又有能量從電源端傳輸?shù)截撦d端供負載消耗。終端接任意負載解:例1.l=1.5m的無損耗傳輸線(設(shè)l/4),當其終端短路和開路時分別測得輸入端阻抗和。試求該傳輸線的特征阻抗ZC和傳播常數(shù)γ。通過測量一段無損耗傳輸線在終端短路和開路情況下的入端阻抗,可以計算出該傳輸線的特性阻抗和傳播常數(shù)。應用例2.1)圖(a)所示無損耗傳輸線的特征阻抗為Zc1,終端負
10、載阻抗Z2(不匹配),求始端輸入阻抗Zin;2)圖(b)所示為圖(a)中接入一段?/4的無損耗線,其特征阻抗ZC2滿足什么條件時可實現(xiàn)傳輸線阻抗匹配,此時輸入阻抗為多少。(a)(b)解:1)2)Zin2(b)Zin2λ/4無損耗線對負載阻抗具有變換作用;分析利用λ/4無損耗線可實現(xiàn)傳輸線匹配。例3有一對位于空氣中的無損耗均勻線,其長度為7m,特性阻抗為100?。始端所接正弦電壓源的電壓為線路處于穩(wěn)定狀態(tài)。試分別解答以下問題:(a)如果線路終端接以電阻為R2=100?的集中參數(shù)電阻負載,求電源電流i1(t)和負載電流i2(t),并繪出電壓、電流有效值的沿線分布圖;(b)如
11、果線路終端短路,求傳輸線始端電流有效值I1和終端電流有效值I2,并繪出電壓、電流有效值的沿線分布圖(標出各波腹、波節(jié)的坐標以及電壓、電流波腹的大小)。解:(a)因R2=Zc,負載與傳輸線匹配。線上任意一處的輸入阻抗均等于特性阻抗,故(b)終端短路時始端輸入阻抗為無損耗線處于駐波工作狀態(tài)。電壓波腹的有效值為電流波腹的有效值例4兩條架空無損耗均勻傳輸線的波阻抗分別為Zc1=300?、Zc2=200?,長度l1=?/4、l2=?/8。1-1'端接入電壓源Us=6000oV,2-2'端接有集中參數(shù)電阻和電容,R=300?、Xc=200?,終端3-