Mw-1.微波课件].ppt

1、 对电子与微波通信工程专业，微波技术是一对电子与微波通信工程专业，微波技术是一门重要的基础课程。门重要的基础课程。 究竟什么是微波？这是我们关心的首要问题。究竟什么是微波？这是我们关心的首要问题。 从现象看，如果把电磁波按波长从现象看，如果把电磁波按波长( (或频率或频率) )划分，划分，则大致可以把则大致可以把300300MHzMHz3000GHz3000GHz，( (对应空气中波长对应空气中波长是是1 1m m 0.1mm)0.1mm)这一频段的电磁波称之为微波。纵观这一频段的电磁波称之为微波。纵观“左邻右舍左邻右舍”它处于超短波和红外光波之间。它处于超短波和红外光波之间。1.微波的概念红

2、外光超短波f31081051010(m)(Hz)3 10323 1063 109-13 101210-43 101510-73 101810-10无线电波光波宇宙射线视频射频微波红外线可见光紫外线x射线射线波 段波长范围频率范围波段名称分米波1m10cm0.33GHz特高频(UHF)厘米波10cm1cm330GHz超高频(SHF)毫米波1cm1mm30300GHz极高频(EHF)微波波段的代号及对应的频率范围 波 段频率范围(GHz)波 段频率范围(GHz)UHF0.301.12Ka26.5040.00L1.121.70Q33.0050.00LS1.702.60U40.0060.00S2.60

3、3.95M50.0075.00C3.955.85E60.0090.00XC5.858.20F90.00140.0X8.2012.40G140.0220.0Ku12.4018.00R220.0325.0K18.0026.50 微波似光性卫星通信 频率高 多路通信 穿透电离层 天文学研究 量子特性 微波波谱学 2.微波的特点和应用 (1).微波的两重性微波的两重性 微波的两重性指的是对于尺寸大的物体，如建筑物微波的两重性指的是对于尺寸大的物体，如建筑物火箭、导弹它显示出粒子的特点火箭、导弹它显示出粒子的特点即似光性或直线性即似光性或直线性而对于相对尺寸小的物体，又显示出而对于相对尺寸小的物体，又显

4、示出波动性。波动性。 (2).微波与微波与“左邻右舍左邻右舍”的比较的比较 微波的微波的“左邻左邻”是超短波和短波，而它的是超短波和短波，而它的“右舍右舍”又是红外光波。又是红外光波。 微波与超短波、短波相比较大大扩展了通讯通道，开辟了微波通讯和卫星通讯 微波与光波段比较光通过雨雾衰减很大，特别是雾天兰光、紫光几乎看不见，这正是采用红光作警戒的原因。而微波波段穿透力强。(3).宇宙宇宙“窗口窗口” 地球的外层空间由于日光等繁复的原因形成独特地球的外层空间由于日光等繁复的原因形成独特的电离层，它对于短波几乎全反射，这就是短波的的电离层，它对于短波几乎全反射，这就是短波的天波通讯方式。而在微波波段

5、则有若干个可以通过天波通讯方式。而在微波波段则有若干个可以通过电离层的电离层的“宇宙窗口宇宙窗口”。因而微波是独特的宇宙通。因而微波是独特的宇宙通讯手段。讯手段。 宇宙窗口宇宙窗口 (4).不少物质的能级跃迁频率恰好落在微波的短波段，不少物质的能级跃迁频率恰好落在微波的短波段，这些物质吸收微波后会产生热效应。这些物质吸收微波后会产生热效应。 因此，近年来微波加热、生物医疗和微波催化等因此，近年来微波加热、生物医疗和微波催化等领域已是前沿课题。领域已是前沿课题。(5).计算机的运算次数进入十亿次，其频率也是微波计算机的运算次数进入十亿次，其频率也是微波频率。超高速集成电路的互耦也是微波互耦问题。

6、频率。超高速集成电路的互耦也是微波互耦问题。 因此，微波的研究已进入集成电路和计算机。因此，微波的研究已进入集成电路和计算机。(6).微波研究方法主要有两种：微波研究方法主要有两种： 场论的研究方法和网络的研究方法。这也是本门场论的研究方法和网络的研究方法。这也是本门课程要学习的重要方法。其中场论方法的基础是本征课程要学习的重要方法。其中场论方法的基础是本征模理论。网络方法的基础是广义传输线理论。模理论。网络方法的基础是广义传输线理论。 天线天线发射机发射机传输线传输线接收机接收机信号处理信号处理及显示及显示传输线传输线例：微波系统例：微波系统微波微波技术技术微波电子微波电子线路线路微波微波电

7、子电子线路线路第第1 1章章由长线效应及分布参数概念(传输线的物理模型)建立传输线的等效电路(模型)“”型网络的级连广广义义金属波金属波导导历米波历米波,毫米毫米波波平行双线平行双线同轴线同轴线微带线微带线狭义传输线狭义传输线(米波米波,分米波分米波)TEM传输传输线线表面波表面波传输线传输线介质柱波导、介质柱波导、光纤光纤毫米波、亚毫毫米波、亚毫米波波米波波传输线的三种类型传输线的三种类型(1).TEM波传输线(2).金属波导 (TE、TM波)(3)表面波传输线图图1.1-1传输线的种类传输线的种类平行双线平行双线同轴线同轴线本章主要讨论：本章主要讨论：平行双线和同轴线平行双线和同轴线2.传

8、输线在微波频段工作的基本特传输线在微波频段工作的基本特 点点 (1).长线效应：长线效应： 电气长度电气长度 L/:定义为,传输线的几何长度L与其上传输的电信号波长的比值. 长线长线:L/ 0.1,其上电压或电流既随时间变化,又随位置变化 亦称长线效应长线效应. * * 在沟通大西洋电缆在沟通大西洋电缆( (海底电缆海底电缆) )时，开尔芬首时，开尔芬首先发现了长线效应：电报信号的反射、传输都与低先发现了长线效应：电报信号的反射、传输都与低频有很大的不同。经过仔细研究，才知道当线长与频有很大的不同。经过仔细研究，才知道当线长与波长可比拟或超过波长时，我们必须计及其波动性，波长可比拟或超过波长时

9、，我们必须计及其波动性，这时传输线也称长线。这时传输线也称长线。 短线短线:L/ 0.1：其上电压或电流，随位置的变化，波动很小，可认为相等 看成是短路 (即稳态的电压，电流效应在电路中各点是同时建立起来的.) 例:当传输线长L=1m时,则当 f1 = 50Hz ,则1 = 6106m 为短线; f2 =300MHz, 则2 =1 m 为长线; 长线上足够小的一段L ,则可看成短线。 图图1.1.2 长线与短线长线与短线短线上各点信号相同长线上各点信号不同结论结论: 长线与短线是一个相对概念，它是以其电气长度(L/)划分的。(2).分布参数效应: 任何一段传输线都存在： 分布电阻: R1 欧姆

10、/米（/m） 分布电导: G1 西门子/米 ( S/m ) 分布电感: L1 亨利/米 ( H/m ) 分布电容: C1 法拉/米 ( F/m ) 其计算公式可由电磁场理论推出，如表1.1-1 例例1.1.1 无耗同轴线(R1 = 0 ,G1 = 0),其内导体半径 a = 0.8 cm ,外导体半径 b = 2.0 cm , 其间介质参数 r = 2.5 ,r = 1 。试求：该同轴线的分布电感和分布电容。 解：由表(1.1-1)，得m/F10152. 0abln2C,m/H1083. 1abln2L9171 当 f1=1kHz时,该同轴线上的串联阻抗:XL = L1= 1.1510-3 /

11、m并联阻抗:XC =1/C1 =1.05106 /m 可忽略它们对局部的影响,而把它们集中在一起考虑 -集中参数电路。 而当f2= 1GHz 时,则串联阻抗:XL = L1 = 1.15103 /m并联阻抗:XC =1/C1 =1.05 /m 这时,分布参数效应已不能忽略,应认为传输线各部分都存在有L1,C1,(R1,G1). (3).均匀传输线：沿线分布参数不变的传输线。3.传输线的等效电路 均匀传输线的线元(z),可以等效成一集中参数的“”型网络，而整个传输线，则为“”型网络的级联。 i(z)i(z+u(z)u(z+zz+ zz)z)L zRzC zG z 长线效应长线效应Z的等效电路Z传

12、输线的等效电路网络的网络的级联级联微分段微分段dz及等及等效电路效电路无耗传输线无耗传输线均匀传输线的“电路模型”z0 结论结论: 这样，就将传输线的问题转化成对一个“电路问题”的讨论。 均匀传输线的“物理模型物理模型”。 无耗传输线：无耗传输线：条件 R1 = 0 ,G1 = 0思考题：p51:1-1(p6:第二段)习题：1.2 均匀无耗传输线上的行波均匀无耗传输线上的行波问题提出：问题提出： 研究传输线上微波的传输特性。实际上，也就是研究传输线上高频信号的电压U (z,t), 电流 I (z,t) 所遵循的规律所遵循的规律传输线方程； 以及传输线方程在给定条件下的解(表明了)高频信号在传输

13、线上的传输传输特性特性。条件：条件：无耗传输线L1 , C1 , R1 = 0, G1 = 0 .研究方法：研究方法： 有了传输线的等效电路电路模型电路模型。我们可以根据经典的电路理论电路理论，从讨论传输线上任意一段线元(z) 的电路特性入手，则全线的情况就清楚了。一、均匀无耗传输线方程及其解一、均匀无耗传输线方程及其解1. 均匀无耗均匀无耗传输线方程传输线方程 条件：条件：均匀无耗: L1,C1 , R1=0,G1=0 问题问题：如图1.2-1，由传输线的等效电路电路模型电路模型，根据经典的电路理论建立传输线上电压U (z,t)、电流 I (z,t)及它们之间相互关系的方程。 图图1.2-1

14、 均匀无耗传输线的微分段及等效电路均匀无耗传输线的微分段及等效电路0z分析：分析：取微分段 z 看成短线则 由基尔霍夫定律基尔霍夫定律(电压定律：回路电压为零)，有 ) 1 . 2 . 1 (0),(),(),(1tzutzzitzLtzzuttzziLztzutzzu),(),(),(1)3 . 2 . 1 (),(),(1ttziLztzu0z 由基尔霍夫定律基尔霍夫定律（电流定律：节点电流为零）有0),(),(),(1tzittzuzCtzzi)4.2.1(),(),(1ttzuCztzi0z 对于随时间作简谐(正弦或余弦)变化的波, u (z,t),I (z,t):)87 . 2 .

15、1 ()(Re),(Re),()(Re),(Re),(tjtjezItzItziezUtzUtzu)4.2.1()()()3.2.1()()(11bzUCjdzzdIbzILjdzzdU(1.2.3),(1.2.4)9 . 2 . 1 (. 0,1122211122UCLdzUdUCjLjdzdILjdzUd即)10.2.1(0)9.2.1(0222222bIdzIdbUdzUd.CL1122无耗传输无耗传输线方程线方程( (波动方程波动方程) ) 2. 传输线方程的解传输线方程的解由(1.2.8)得 U (z) , I (z) 的通解通解: .,)122 . 1 ().(11)()112 .

16、 1 (,)(210121为待定常数式中BAeAeAZdzdULjzIeAeAzUzjzjzjzj.;);,11011122无耗传输线的特性阻抗无耗传输线的相移常数无耗传输线的传播常数CLZCLjCL 如果给定边界条件给定边界条件:在末端负载处,即则 得特解特解 : (1) .特解特解(指数形式)： .,)0(,)0(, 0lllllIUZIIUUz)(121021AAZIAAUll220201ZIUAZIUAllllzjllzjllzjllzjlleZZIUeZZIUzIeZIUeZIUzU00000022)(22)(边界条件边界条件(1.2.9),(1.2.10)(1.2.11a) 应用欧

17、拉公式： (2).特解特解(三角函数的形式)： )(00)(00)(0)(022),(22),(ztjllztjllztjllztjlleZZIUeZZIUtzIeZIUeZIUtzUzjzezjzezjzjsincossincoszIzZUjzIzZjIzUzUllllcossin)(sincos)(00 (1.2.11)可以写成(1.2.12)(1.2.11b)由末端负载阻抗:(1.2.11)可以写成.lllllllllZIUZUIIUZzjllzjllzjllzjlleZZZUeZZZUzIeZZUeZZUzU)1 (2)1 (2)()1 (2)1 (2)(000000(1.2.11c)

18、3. 传输线方程解的物理意义传输线方程解的物理意义 由(1.2.11b): 物理意义：物理意义： (1). t+z = C = 常数,为等相位面,它的移动方 向,为波的传播方向；),(),(22),(),(),(22),()(00)(00)(0)(0tzItzIeZZIUeZZIUtzItzUtzUeZIUeZIUtzUztjllztjllztjllztjll :行波因子。表示沿 - Z方向传播的行波， 这里称之为入射波； :行波因子。表示沿Z方向传播的行波， 这里称之为反射波。 (2). 式(1.2.11b)表明： 传输线上任一点的电压波 (或电流波 ) 应等于该点 入射电压波 (或电流波

19、)和反射电 压波 (或电流波 )的叠加。)zt( je)zt( je) t , z (U) t , z ( IUIUI讨论：讨论： (1). (1.2.11b)中， 第一项：等相位面 = 常数 ， czt， 当 时, ,等相位面 = 常数，向 Z 减小的方向（Z方向）传播（入射波）； 第二项：等相位面 = 常数， 当 时， ,等相位面 = 常数,向 Z 增大的方向（+Z方向）传播（反射波）。tZcztczttZczt (2). 当末端负载全部吸收，不反射时，即 传输线处于行波工作状态；行波工作状态； 当末端负载全部反射，不吸收时，即 传输线处于驻波工作状态；驻波工作状态； 当末端负载部分吸收，

20、部分反射时，即 传输线处于复合波复合波(行、驻波行、驻波)工作状态工作状态.),(),(),(),(; 0),(, 0),(tzItzItzUtzUtzItzU)z(I)z(I,.)z(U)z(U) z (I) z (I,.) z (U) z (U二、均匀无耗传输线上行波的传输特性参数二、均匀无耗传输线上行波的传输特性参数 行波：行波：指沿单一方向，一直向前行进的波。 入射波、反射波，都是行波。 1.特性阻抗特性阻抗 Z0 定义：定义：依据(1.2.11)式，有 表示传输线上，行波电压 与行波电流 的比值；或传输线对行波所呈现的阻抗； 单位：欧姆()；对无耗传输线而言，它是一实常数。) z (

21、I) z (UZ0UI110CLZ I讨论讨论: (1). Z0仅决定于分布参数传输线的结构，常用于表示传输线的规格； (2). Z0 呈纯阻性（实常数），表示U+、I+同相； (3).常用规格：平行双线: 600, 400, 300； 同轴线：75,50.2. 相波长和相移常数相波长和相移常数 (1).相波长相波长g 定义：相波长定义：相波长g为为在稳态时谐情况下，在同一时刻，传输线上行波相位相差2的两点间的距离。 单位单位：m. 图图1.2.2 传输线上的相波长传输线上的相波长.222;2)()(,1131311131rrrrggfcCLfzzztztzz (2). 相移常数相移常数 定义

22、：定义：传输线上的行波每前进单位距离，相位滞后的值。 单位：单位：0 /m 或或 rad / m 。 公式：公式： )21. 2 . 1 (.2,2)(1131CLzzgg (3) . 相速度相速度 定义：定义：传输线上行波的等相位面前进的速度， 单位：单位：m / s 。 公式：公式： 由式(1.2.11b)第一项，入射波的相位项，pggpzzzzpfeettzzttezezztzt2121212122211 结论：结论： 沿传输线传输的高频电磁信号，其相速小于真空中的光速，它的大小与线间介质有关； 式(1.2.23)中，分母 称为缩短系数。表示信号在自由空间的波长与在传输上相应的相波长之比

23、，即 ).(1031)23. 2 . 1 (111800001111smcc，cCL，CL，rrrrp则由rrrrg例例 1.2.1：SYV-75-9 同轴线 求求 ： 解解 ： ;100, 1, 3 . 2MHzfrr?.3).2(;,).1(时mzgp).(03. 398. 1322).2()(.98. 13 . 23/,/1098. 13 . 2103).1 (88radzzmfcfsmcgrrpgrrp影响电长度波长缩短实际问题实际问题等效电路等效电路(物理模型物理模型)波动方程波动方程 特解特解对解进行物理解释对解进行物理解释边界条件边界条件物理分析物理分析(建模建模)小结小结: :

24、 本节求解传输线问题的思路:. 00: )3;: )2;),(),(),(),(: ) 1:. 1:2222221111IdzIdUdzUdUCjdzdIILjdzdUttzuCztzittziLztzu形式形式形式无耗传输线方程小结.cossin)(;sincos)(: ) 3.)1 (2)1 (2)(;)1 (2)1 (2)(: )2.22)(;22)(: ) 1:. 200000000000000zIzZUjzIzZjIzUzUeZZzUeZZzUzIeZZUeZZUzUezZIUezZIUzIeZIUeZIUzUllllzjllzjllzjllzjllzjllzjllzjllzjll形

25、式形式形式无耗传输线方程的解.11;2;2;)()(:. 311110110rrgpgrrgcCLfCLCLzIzUZ传输特性参数1.3 输入阻抗、反射系数和驻波比输入阻抗、反射系数和驻波比 为了描述一般情况下，高频信号沿传输线的传输特性，需要引入一些特性参数特性参数来度量。1.3.1 输入阻抗和输入导纳输入阻抗和输入导纳1. 输入阻抗输入阻抗(Input Impedance) 定义：定义：传输线上某一点z的输入阻抗Zin为该点的 电压U(z)与电流I(z)的比值。即) 1 . 3 . 1 ()()()(zIzUzZin 公式：公式：对于均匀无耗传输线,由传输线方程的解(1.2.12)式得，

26、)2 . 3 . 1 (cossinsincos)()()(00000ztgjZZztgjZZZzIzZUjzZjIzUzIzUzZllllllin讨论：讨论： (1). Zin(z) 决定于Z0、Zl和z的值,即任一点的输入阻抗相当于： a.从该点向负载方向看去的输入阻抗； b.负载经一段传输线变换后在该点所呈现的阻抗； c.该点右边的一段传输线和负载可以用值为Zin的集中阻抗来等效。 (2). 因为函数tgz 的周期为, 所以 Zin(z) 的周期为g / 2;.4)(4) 12(4) 12(;2)(4242204)12(42阻抗变换性时得当阻抗重复性得时当lnzinglnzingZZzZ

27、nnzZzZ，nnz2输入导纳（输入导纳（Input Admittance）（）（自学）自学）定义：定义： llllininZYZYzctgjYYzctgjYYYzZzY1.1)(1)(000000 在传输线并联电路的计算中，采用导纳有时比较方便。 例例1.3.1 已知：已知：传输线电路如图， 求：求：AA/ 的输入 阻抗ZAA 解解： BC = CD =/ 2 ZB1 = ZC = ZD = 2Z0 BE =/ 4 ZB2 = Z02 / ZE = 2Z0： ZB = ZB1 / ZB2 = Z0 AB段呈行波，ZAA=Z0方法： 1.顺序：从负载向信号源方向； 2.先支线，后干线； 3.注

28、意问题的特点： ).4(4*.), 0 ,?(0的倍数关系与线段长度负载lZZl1.3.2 反射系数反射系数(Reflected Coefficient) 为了描述传输线上某点(z)的反射强弱程度，工程上通常定义：定义： 电压反射系数电压反射系数讨论：讨论： 1. (z)是一个复数,既反映了该点入射波(电压)与反射波(电压)之间幅值的大小;同时,也反映了该点入射波(电压)与反射波(电压)之间的相位差。jzjezeABzUzUz)()()()(2 2.末端(z = 0)负载的反射系数l(0)：.,)0()0()0()0()0(000000入射波电压的相位差为负载处反射波电压与ljllllllll

29、lllllleZZZZZIUZIUZIUZIUUU 3. 任一点(单支路)的反射系数(z):：)2(200)0()()0()()()()()(zjlzjlzjllzjlllezeeZIUeZIUzUzUz 对一段均匀无耗传输线： |与位置无关,轨迹为复平面上的圆，相位沿线变化,如图1.3.4所示。 4. 负载阻抗Zl与反射系数l(z)的关系： 不同负载阻抗Zl与反射系数l(z)的关系,如表 1.3.2 所示： 而由(1.3.5)式，得 )6.3.1()0(1)0(10lllZZ1.3.3 驻波比驻波比 (Voltage Standing Wave Ratio - VSWR) 由于,反射系数是一

30、个不便于直接测量的参数,为此,我们需要引入一个便于测量的量,即驻波比驻波比.它同样是用来描述传输线上高频信号的传输特性(或反射情况),它是雷达天馈系统的重要参量. 1. 定义：定义： 即传输线上(指一个传输支路上指一个传输支路上)电压(或电流)最大值与最小值之比。)9 .3 .1 (1)()()()(minmaxminmaxzIzIzUzU 2. 与与(z)的关系的关系 电压节点时当则电压腹点时当.,)12(2|)|1 ()(:.,221 )()2(max)2()2(lzjlllllzjllzjlzjlzjlzjllllenzzUUzUenzeeUeUeUzU )13. 3 . 1.(.111

31、111)()(|)|1 ()(:minmaxmin而则llllzUzUzUUzU1.3.4 输入阻抗与反射系数、驻波比的关系输入阻抗与反射系数、驻波比的关系 )15. 3 . 1.(.)()()()14. 3 . 1.(.)(1)(1)(1)()(1)()()()()()()()(000ZzZZzZzzzZzzIzzUzIzIzUzUzIzUzZininin )17. 3 . 1 (/1111,:).3()16. 3 . 1 (;1111,:).2(;,11:) 0 z ().1 ( :000000000ZzzZzzZZZzzZzzZZZZZZZZininllllll节则电压节点处腹则电压腹点

32、处末端负载处讨论 zYYzYYzinin00 )21. 3 . 1 (11)20. 3 . 1 (/11)19. 3 . 1 ()()()(11,).4(0000000YzzZYYzzZYzYYzYYzzzYzYininininin节腹相应地 例：例：1.3.3 如图如图(1.3.2)求：求： (1). B、C、D、E点的反射系数； (2). AB、BC、CD、BE各段上的驻波比。 ).(0);2(3/1,;312/2/;22,).1 (:000000000000000000ZZZZZZZZZZZZZzZZzZzZZZZZZZZZZZZBBBBCCCCininEDlll得由解 (2). 由于各

33、点处的负载阻抗和输入阻抗均为实数，可用公式 2/, 1/, 2/;2/222/00000000000EBEBABCBCCDZZZZZZZZZZZZZZ当当 /,00ZZZZinin节腹1.4 无耗传输线的工作状态无耗传输线的工作状态 目的要求： 1.了解产生行波、驻波、复合波的条件. 2.掌握电压、电流和输入阻抗沿线分布情况. 3.掌握各种工作状态下的相应工作参量及相互关系. 重点：重点： 1.各种工作状态的产生条件 2.电压，电流和输入阻抗的分布及传输功率 3.新的工作参量, 思考题：1.19;1.20;1.21;1.22;1.23;1.25; 1.27;1.36;1.37 习 题：1.24

34、;1.29;1.30; 1.32;1.33;1.8 基本问题：基本问题： 无耗传输线有三种工作状态 (行波、驻波、复合波).现 在,我们将分别讨论，在这三种工作状态下,无耗传输线上，高频信号的传输特性。 即 1.电压、电流和输入阻抗沿线的分布 规律； 2.功率传输情况. 研究方法： 依据无耗传输线方程及其解.1.4.1 行波状态（行波状态（Travelling Wave） 行波工作状态：行波工作状态：指只有入射波而无反射波的情况。这时，能量全部为负载吸收。 条件：条件： 分析：分析：0ZZl).()1 (2)1 (2)();()1 (2)1 (2)(000000zIeZUeZZzUeZZzUz

35、IzUeUeZZUeZZUzUzjllzjllzjllzjlzjllzjll (1).传输线上传输线上电压、电流沿线分布：电压、电流沿线分布： 瞬时式：瞬时式： 某一瞬间行波电压的沿线分布，及线上各点行波电压随时间 的变化 ：)2 . 4 . 1 ()cos(),()cos(),(AlAlztItziztUtzu. 111:).4(. 0)(, 0)(:).3()3 . 4 . 1 (.)(,:).2(00000llllinlzzUZztgjZZztgjZZZzZZZ传输线上的驻波比传输线上的反射系数传输线上的输入阻抗)4 . 4 . 1 (.212121)()(Re21)(:).5(0202

36、*llllIUZIZUzIzUzP传输线上的传输功率结论结论: 传输线上行波的传输特点传输线上行波的传输特点 (1).沿线各点电压、电流振幅不变(有效值处处相等), 线上任一点的电压u(z,t)、电流i(z,t)同相。 (2).沿线各点的输入阻抗 Zin(z) = Z0 =Zl , 反射系数 (z)=0 , 驻波比 =1 ; (3)线上各点的传输功率P(z)相等，全部功率被负载吸收，即行波最有效地传输能量。 例例1 1.4.4.1 1: : 已知图(1.4.2)中无耗线的 输入 的信号电压为 伏,线段 . 试求: 点的电压瞬时值表达式，并绘出上述各处电压随时间变化的图形。 解：因为 ， 线上呈

37、行波，其上信号 电压表达式为：00,200ZRZltusin105 . 0,25. 0bcab, , ccbbaa,sin10)75. 02cos(),(,2,75. 0),cos(),(ttUtzubcabzztUtzuAlaaAl0ZRl 取： ， 得 对 aa点， 对 bb点， 对 cc点， 上述各处电 压随时间变化的图形: )23tcos(tsin),ztcos(10u),v(10U, 0lA)23tcos(10) t ,z(ua)tcos(10) t ,z(ub)0tcos(10) t ,z(uc1.4.2 驻波状态驻波状态 (standing wave) 驻波工作状态：驻波工作状态

38、：指只振动不传播的波.这时,线上将产生全反射,反射波与入射波幅度相等,负载完全不吸收传输功率. 条件：条件：1. 末端短路时末端短路时 ( ),的驻波：的驻波： 条件：条件： 分析：分析： , 1;, 0lljXZ0lZ0lZ.coscossin)(;sinsincos)(000zIzIZUjzIzZjIzZjIzUzUllllll0lU).cos(cos)cosRe(),();2cos()2cos()sin(sin)sinRe(),(:).1 (000lltjllllltjltzIzeItzitzZItzZIzeZjItzu、瞬时式电流沿线分布传输线上电压.11:).4(. 1:).3(.)

39、(, 0:).2(000000lllllllinlZZZZztgjZztgjZZztgjZZZzZZ传输线上的驻波比传输线上的反射系数分布传输线上输入阻抗沿线.,. 0)cos(sinRe21)()(Re21)(:).5(*0*只能储存能量驻波不能传输能量传输线上的传输功率zIzZjIzIzUzPll结论结论: 末端短路时传输线上驻波的传输特点末端短路时传输线上驻波的传输特点 (1).对于固定时刻t,沿线各点u(z,t)、i(z,t)随空间位置的变化,相位相差/2(即电压最大处电流为零,或相反); (2).对于固定位置z，沿线各点u(z,t)、i(z,t)随时间的变化相位相差/2(即时间上正交

40、,没有能量传输); (3).沿线各点u(z,t)、i(z,t)随时间在原地作简谐变化，驻定不变(只振动，不传播)；其振幅的腹点和节点分别为：Fig1.4.4.42:,:;4) 12(:, 0:cos)(:.4) 12(:,:;42:, 0:sin)(:00nzInzzIzIinzZInzzZIzUullll位置大小腹点位置大小节点的振幅位置大小腹点位置大小节点的振幅可见：相邻电压节点(或腹点)之间相距/2;相邻电压节点与腹点之间相距/4; (4).沿线各点的输入阻抗: Zin(z) = jZ0tgz ,见表1.4.1 (感抗,谐振,容抗) 反射系数 l =1 , 驻波比 = ; (5).不传输

41、能量,只储存能量.2. 末端开路时末端开路时 ( ),的驻波：的驻波： 条件：条件： 分析：分析： lZlZ.sincossin)(;cossincos)(000ZUjzIZUjzIzUzZjIzUzUllllll0lI).2cos()2cos()sin(sin)sinRe(),();cos(cos)cosRe(),(:).1 (000/tzZUtzZUeZUjtzitzUzeUtzu、llltjllltjl瞬时式电流沿线分布传输线上电压.11:).4(. 1:).3(.)(,:).2(000000lllllllinlZZZZzctgjZztgjZZztgjZZZzZZ传输线上的驻波比传输线上

42、的反射系数分布传输线上输入阻抗沿线.,. 0)sin(cosRe21)()(Re21)(:).5(*0*只能储存能量驻波不能传输能量传输线上的传输功率ZUjzUzIzUzPll结论结论:末端开路时传输线上驻波的传输特点末端开路时传输线上驻波的传输特点 (1).对于固定时刻t,沿线各点u(z,t)、i(z,t)随空间位置的变化,相位相差/2(即电压最大处电流为零,或相反); (2).对于固定位置z，沿线各点u(z,t)、i(z,t)随时间的变化相位相差/2(即时间上正交,没有能量传输); (3).沿线各点u(z,t)、i(z,t)随时间在原地作简谐变化，驻定不变(只振动，不传播)；其振幅的腹点和

43、节点分别为：Fig1.4.4.4) 12(:,:;42:,0:sin)(:.42:,2:;4) 12(:,0:cos)(:max0min0maxminnzIZUnzIzZUzIinzUUUnzUzUzUullll位置大小腹点位置大小节点的振幅位置大小腹点位置大小节点的振幅可见：相邻电压节点(或腹点)之间相距/2;相邻电压节点与腹点之间相距/4; (4).沿线各点的输入阻抗:Zin(z) = jZ0 ctgz , 见表1.4.1 (容抗,谐振,感抗) 反射系数 l =1 , 驻波比 = ; (5).不传输能量,只储存能量. 延长线段法：延长线段法：与末端短路线相比较，将其从末端与末端短路线相比较

44、，将其从末端负载起截去一段负载起截去一段/4，即得开路线上的相应，即得开路线上的相应分布。分布。3.末端接纯电抗负载末端接纯电抗负载( )条件：条件：分析：分析：应用延长线段法延长线段法将电感(或电容)用一段长L/4的短路线（或开路线）来等效 。, 1llljXZlljXZ)14. 4 . 1 ()(2)13. 4 . 1 (),(200ZXarcctglZXarctglCCLL.,00CClLLllctgjZjXZltgjZjXZ结论：结论： 接纯电抗时,负载处既不是电压节点,也不是电压腹点；线上电压、电流和阻抗分布及功率传输与开、短路相似 。差别只是将各种分布曲线偏移一定的距离。4.驻波的

45、应用驻波的应用: (1).绝缘支架：利用/4末端短路线作绝缘支架。 (2).滤波器：对所有偶次谐波起滤波作用。 (3).调节线:调节L,形成LC振荡回路,改变振荡器的振荡频率。 (4).收发开关（T/R）：实现收发转换。图图1.4.6 绝缘支架绝缘支架图图1.4.7高频振荡器高频振荡器图图1.4.8 1.4.8 收发开关收发开关图图1.4.91.4.9 例1.4.2 判断图1.4.9(a)所示传输线电路是否为谐振电路，并画出它的等效电路。 解：设 有： 当 时，为串联谐振 ；其余各点为并联谐振。 XAB 4,04,/)2(2100201xxZZZxctgjZxctgjZZxctgjZZBB4/

46、x 1.4.3 复合波状态复合波状态 复合波工作状态：复合波工作状态：即传输线上同时存在行波与驻波的工作状态。 条件：条件： 分析：分析： (1).电压、电流振幅沿线沿线分布： 1 , 10;jX, 0ZZl0l.sin2)()(;cos2)()()()(00驻波行波驻波行波zZUjeZUUzIzUeUUeeUeUUeUeUzUlzjlllzjllzjzjlzjllzjlzjl. )2cos(21)(1)(. )2cos(21)(1)(:20)2(02)2(zZUzIeeZUzIzUzUeeUzUllllzjlzjlllllzjlzjlll用反射系数来表示.2cos21)(;2cos21)(.

47、, 01:2020zZUzIzUzUZRZllllllllllll为例以0minmin0maxmaxmaxminmaxmin0:.42:)(;4)12(:)()(.4)12(:)(;42:)(:)(:ZIUZIUnzzInzzIzInzzUnzzUzUZRZll常用公式腹点节点腹点节点为例以40lZR minmaxIUmaxminIU0ZmaxRminR0minmin0maxmax:ZIUZIU常用公式.).().()10. 4 . 1 (,)20. 4 . 1 (.).(:)20. 4 . 1.(.)()()()()()(sec)()19. 4 . 1.().()()()()(0022020

48、00220220000可由延长线段法讨论得图式由讨论llllllllllllinlllinininllllinjXRZcZRZbZRZaztgRztgXZztgRztgZXztgXZZzXztgRztgXZzRZzRzjXzRztgjXRjZztgjZjXRZzZ(2). 输入阻抗的沿线分布：输入阻抗的沿线分布： 20min0maxminmax0minmaxminmax)()(/)()(,).(ZZZRZIUZRZUUIUZdinininin节腹节腹输入阻抗为纯电阻在电压腹点和电压节点 Fig1.4.4 Fig 1、4、10(3).复合波工作状态下传输的功率复合波工作状态下传输的功率 )1(2

49、2)1(211Re21)()(Re21)(2220202202)2()2(02*lllllllzjlzjllPPPPPZUPZUPZUeeZUzIzUzPll 通常利用腹点、节点值求传输功率：结论：复合波状态是传输线上最一般的工作状态，行波状态 和驻波状态 均为其特例。 )28. 4 . 1.(.221221)27. 4 . 1.(.212102min02max02min02maxmaxminminmaxZIZIZUZUIUIUP)0()1( 1.5 传输线的阻抗匹配传输线的阻抗匹配 1.5.1 匹配的概念匹配的概念 1、负载匹配：、负载匹配：指负载与传输线之间的匹配。它保证传输线 上的能量全

50、部传给负载。（ 行波） 匹配条件： 不匹配时：设传输线的击穿电压为 由（1.4.28) 变小（ 是击穿 功率，功率容量 将影响传输线的最大传输功率。 2、信号源匹配：、信号源匹配：指信号源与传输线之间的匹配。它保证传 输线的始端无反射，且不产生二次反射 （即，当负载处存在反射信号时，反射信 号被信号源内阻吸收。） 0lZZ brbrbrPZUP.|2102brPbrPbrU 匹配条件： 匹配与雷达威力：以 为基准 时， 探测距离减少4% 时， 探测距离减少9% 3、共轭匹配：、共轭匹配：指传输线与信号源之间的共轭匹配。 它保证信号源有最大输出功率。 匹配条件： 当 保证最大功率输出 保证行波状态 0gZR167. 150. 2g2gmaxginR8|E|P.ZZl0gZZZ 1.5.2 阻抗匹配的方法阻抗匹配的方法 方法：方法：采用匹配装置,把不等于Z0的负载阻抗,变换成等于 Z0的等效负载. 以米波为例： 1. /4 阻抗变换器阻抗变换器 Fig 1.5.4条件条件:纯阻负载Zl=RlZ0方法方法: 在负载与传输线之间插入一段特性阻抗为 Z01的/4传输线.原理原理:) 3 . 5 . 1 (.,/001201llllaaZZZZRRZZ 因此,只要适当选取Z01(如式1.5.3),就可实现主传输线的匹配.应用范围应用