西安电子科技大学微波技术Ch工程状态分析学习教案

1、会计学1西安电子科技大学微波技术西安电子科技大学微波技术(jsh)Ch工工程状态分析程状态分析第一页，共26页。一、传输线的反射系数 和阻抗 Z 反映传输线任以何一点特性的参量反映传输线任以何一点特性的参量(cnling)(cnling)是反射是反射系数系数和阻抗和阻抗Z Z。ZlUlIlI z0zU z图图 3-1 3-1第2页/共26页第二页，共26页。) () ()(21)(21)(21)() () ()(21)(21)(101010102110110121zIzIeIZUZeIZUZeAeAzIzUzUeIZUeIZUeAeAzUzjzjzjzjzjzjzjzj1. 1. 反射系数反射

2、系数传输线上的电压和电流传输线上的电压和电流(dinli)(dinli)可表可表示为示为 一、传输线的反射系数 和阻抗 Z（3-23-2）第3页/共26页第三页，共26页。 )0( )0()0()0(/ )0()0( )0(/ )0()0(zzzzIzIzzUzUzlll一率采用电压反射系数负载电流反射系数负载电压反射系数)0()0() (/ ) () (zjzjezUezUzUzUzz的电压反射系数任意出2) ( zjlez系负载反射与输入反射关)(1)() ()(1)() (zzIzIzzUzU 一、传输线的反射系数 和阻抗 Z第4页/共26页第四页，共26页。性质性质反射系数的模是无耗传

3、输线系统的不变量反射系数的模是无耗传输线系统的不变量 (3-3) (3-3) 反射系数呈周期性反射系数呈周期性 (3-4) (3-4)这一性质的深层原因是传输线的波动性，也称为这一性质的深层原因是传输线的波动性，也称为(chn(chn wi) wi)二分之一波长的重复性。二分之一波长的重复性。 (3-5) (3-5)入射波电压与入射波电流之比始终是不变量入射波电压与入射波电流之比始终是不变量Z0Z0，反射，反射波电压与反射波电流之比又是不变量波电压与反射波电流之比又是不变量Z0Z0| ) (|lz) ()2/(zgmz00) (/ ) () (/ ) (ZzIzUZzIzU一、传输线的反射系数

4、 和阻抗 Z第5页/共26页第五页，共26页。2. 2. 阻抗阻抗(zkng)Z (zkng)Z lllIUZ/负载阻抗) (/ ) () (zIzUzZZ出输入阻抗任意llllIzUzjIzjZUzzIzUcossin21sincos) () (0tantan) (000zjZZzjZZZzZll 输入阻抗与负载阻抗关系 性质性质负载阻抗负载阻抗ZlZl通过传输线段通过传输线段 变换成变换成( )( )，因此，因此(ync)(ync)传输线对于阻抗有变换器传输线对于阻抗有变换器(Transformer)(Transformer)的作用的作用。 z z一、传输线的反射系数 和阻抗 Z第6页/共

5、26页第六页，共26页。 阻抗有周期特性，阻抗有周期特性， 周期是周期是 3. 3. 反射系数与阻抗的关系反射系数与阻抗的关系tan z) ()2/(zZmzZg00000011) () () () (1) (1) (ZZZZZZzZzZZzZzzzZzZzllllll情况任意情况任意(3-6)(3-6)一、传输线的反射系数 和阻抗 Z第7页/共26页第七页，共26页。如果如果(rgu)(rgu)负载负载 或无限长传输线，这时或无限长传输线，这时0ZZl000ZZZZlllzjzjzjzjeIeZIUZzIeUeZIUzU000000000)(21)()(21)(二、传输线的行波状态(zhun

6、gti)(3-7)(3-7)无反射波，我们称之为行波状态无反射波，我们称之为行波状态(zhungti)(zhungti)或匹配或匹配(Matching)(Matching)。根据源条件。根据源条件(3-8)(3-8)第8页/共26页第八页，共26页。)cos(|),()cos(|),(0000ztItziztUtzu0)(ZzZ写成瞬态形式写成瞬态形式(xngsh)(xngsh)0),(),(tzitzu和00Z 表示为初相角，表示为初相角， 初相均为初相均为 是因是因 为为 是实数。是实数。(3-9)(3-9)(3-10)(3-10) 二、传输线的行波状态(zhungti)第9页/共26页第

7、九页，共26页。1 2 30zu ( z )图图 3-2 3-2 行波状态行波状态 , , , , 0t4/t2/t二、传输线的行波状态(zhungti)第10页/共26页第十页，共26页。三、传输线的驻波(zh b)状态 我们我们(w men)(w men)把反射系数模等于把反射系数模等于1 1的全反射情况称为驻波状态的全反射情况称为驻波状态。【定理】【定理】 传输线全反射的条件是负载接纯电抗，即传输线全反射的条件是负载接纯电抗，即lljXZ 00ZZZZlllllljXRZ，则证得计及004221)()(|0022002220022202202ZZRXZZRRXZZRRXZRXZRllll

8、llllllll因为因为(yn wi)(yn wi)设设llljXZR或0(3-11)(3-11)第11页/共26页第十一页，共26页。1. 1. 短路短路(dunl)(dunl)状态状态10llZ，lllllUUUU，此条件说明1/cos2) (sin2) (zIeIeIeIeIzIzUjeUeUeUeUzUlzjlzjlzjlzjllzjlzjlzjlzjltan) (/ ) () (0zjZzIzUzZ2/gmzmz4/) 12(2/) 12(gmzmz|2| ) (|0| ) (|lIzIzU电流腹点电压节点0| ) (|2| ) (|zIUzUl电流腹点电压节点 (3-12)(3-1

9、2)电压、电流电压、电流(dinli)(dinli)呈驻波分布呈驻波分布三、传输线的驻波(zh b)状态 第12页/共26页第十二页，共26页。2.2. 开路线开路线1llZ，)133(tan) (sin2) (cos2) (1/0zcjZzZzIjzIzUzUUUUUlllllll2/gmzmz4/) 12(2/) 12(gmzmz0| ) (|2| ) (|zIUzUl电流腹点电压节点|2| ) (|0| ) (|llzIzU电流腹点电压节点经过观察：经过观察： 可以把开路线看成是短路线移动而成可以把开路线看成是短路线移动而成 4/g三、传输线的驻波(zh b)状态 第13页/共26页第十

10、三页，共26页。z0000zzzIIu,x32xuEiSiHiSrErHrUUZ图图 3-3 3-3三、传输线的驻波(zh b)状态 第14页/共26页第十四页，共26页。sin2)(sin2)(sin2) (cos2) (cos2) (sin2) (zIzIzUjzUzIjzIzIzIzUzUzUjzUllllll开路状态短路状态作变换作变换 ，即可由开路线转，即可由开路线转化成短路线。化成短路线。 llUjUgzz4/，三、传输线的驻波(zh b)状态 第15页/共26页第十五页，共26页。不少教材疏忽了不少教材疏忽了 的条件，严格地说，长度的条件，严格地说，长度( )( )移动条件只对移

11、动条件只对 和阻抗有效，相位是不和阻抗有效，相位是不等价的。等价的。 llUjUz|lUtan)(tan) (tan) (000zjZzZzcjZzZzjZzZ三、传输线的驻波(zh b)状态 第16页/共26页第十六页，共26页。 3. 3. 任意电抗负载任意电抗负载ljlllejXZ，tan1tantantantantan) (000000000zZXzZXjZzXZzZXZzjZZzjZZZzZllllllzZXl01tan(3-14)(3-14) 我们写出一般情况下的阻抗我们写出一般情况下的阻抗(zkng)(zkng)公式公式假设假设(jish)(jish)或者或者(huzh) (hu

12、zh) zZXltan0三、传输线的驻波状态第17页/共26页第十七页，共26页。)(tan) (0zzjZzZzzz z可得可得 (3-15) (3-15)式式(3-13)(3-13)是广义的阻抗等效长度公式，可以写出是广义的阻抗等效长度公式，可以写出 (3-16) (3-16) 对于对于 ，明显有，明显有 电抗等效长度可正电抗等效长度可正可负。可负。X Xl l为感性时，为感性时， 为正；为正；X Xl l为容性时，为容性时， 为负，见为负，见图图(3-5)(3-5)所示。所示。考虑到传输线的波动性考虑到传输线的波动性 重复性。因此重复性。因此 正、负并非绝对，严格地说，应该是正、负并非绝

13、对，严格地说，应该是min | | min | | 的正的正负性。负性。 1x4/gzz2/gzz三、传输线的驻波(zh b)状态 第18页/共26页第十八页，共26页。z0zzUUIIEiSiHiSrErHr0zZz00,=0图图 3-4 3-4三、传输线的驻波(zh b)状态 第19页/共26页第十九页，共26页。附注对于等效长度问题，我们也可以附注对于等效长度问题，我们也可以采用反射系数相位采用反射系数相位 来加以来加以(jiy)(jiy)研究研究以短路状态为标准以短路状态为标准 l22011) (zjlzjleeZzZ22011) (zjzjeeZzZ(3-17)(3-17)三、传输线

14、的驻波(zh b)状态 第20页/共26页第二十页，共26页。UUUIII00j xlz 为 正j xlz 为 负图图 3-5 3-5三、传输线的驻波(zh b)状态 第21页/共26页第二十一页，共26页。再考虑再考虑 的一般的一般(ybn)(ybn)情情况况 ljle)2()2(011) (llzjzjeeZzZlggz442llggzggzz44144(3-18)(3-18)相位相位(xingwi)(xingwi)因子又重新整理成因子又重新整理成于是于是(ysh)(ysh)比较可知比较可知(3-19)(3-19)(3-20)(3-20)三、传输线的驻波状态第22页/共26页第二十二页，共26页。000011)(ZXjZXjZZZZlllll011tan2ZXl011tan2ZXgl计及计及(3-21)(3-21)(3-22)(3-22)(3-23)(3-23)与前面与前面(qin mian)(qin mian)的结论完全相同。的结论完全相同。三、传输线的驻波(zh b)状态 第23页/共26页第二十三页，共26页。PROBLEMS 3 一、均匀平面波入射到半无界一、均匀平面波入射到半无界 的