微波技术微波技术第二章(3-1)课件

1、第四节 均匀无耗长线的工作状态 传输线的工作状态是指端接不同负载时，沿线电压、电流及阻抗的分布规律。一、行波状态(无反射情况) 当 ZL=Z0 时,G2=(ZL-Z0)/(ZL +Z0) = 0, G (z) = 0 ；或传输线相当于无限长时，无反射，只有入射行波。 均匀无耗传输线的工作状态分为三种： (1) 负载无反射的行波状态 |G |=0，r =1，K =1。 (2) 负载全反射的驻波状态 |G |=1，r =，K = 0。 (3) 负载部分反射的行驻波状态 0 |G |1，1 r ，0 K 1。 取 z 轴原点在波源、指向负载 , 则行波状态下，线上电压、电流复数表达式为为始端的电压入

2、射波。式中电压、电流瞬时值表达式为由上述可得行波工作状态的特点(如图2-13所示)： (3) 电压、电流行波同相，相位(w t-b z) 沿传输方向连续滞后。 (4) 沿线电压、电流的振幅恒定不变。 (1) G (z)=0，r =1，K=1，沿线只有入射行波而无反射波；入射波的能量全部被负载吸收，传输效率最高。 故称 ZL=Z0 时，负载与传输线匹配。(2) 为纯阻。(点击WinTLS程序演示行波)图2-13 行波状态下的电压、电流及输入阻抗分布oa) 长线 ZL=Z0b) u、i 的瞬时分布c) 的分布d) 输入阻抗分布二、驻波状态(全反射情况)驻波状态下，|G |=1，r =，K = 0。

3、 (1) 沿线电压、电流分布以上关系式代入式(2-11a)得 当终端短路(ZL= 0)、开路(ZL=)或接纯电抗负载(ZL=jXL)时，|G (z)|=|G2|=1，终端全反射，沿线入、反射波叠加形成驻波分布。负载与传输线完全失配。上式取模1. 终端短路(ZL= 0) (终端短路线有时简称“短路线”) 则电压、电流瞬时 表达式为 可见沿线电压、电流的瞬时值只随时间作正弦变化, 而并不向z 轴传播，亦即沿线电压、电流呈驻波分布。 根据式(2-17)可以画出终端短路时沿线电压、电流及阻抗的分布图2-14。短路线的驻波状态分布规律：1) 沿线电压、电流均为驻波分布。 2) 电压、电流之间在位置或时间

4、上，相位都相差p/2，无功率的传输。图2-14 长线终端短路时电压、电流及阻抗的分布a) 长线终端短路 b) 电压的瞬时分布 c) 电流的瞬时分布 d) 电压、电流的振幅分布 e) 阻抗变化曲线 f ) 不同长度短路线对应的等效电路b)a)c)d)e)f) 4) 在 z =(2n+1)(l/4) (n =0,1, )处为电压波腹点( )、电流波节点( )。 3) 在 z = n (l/2) (n =0,1,)处(含终端) 为电压波节点( )、电流波腹点 ( )。 (2) 短路线的输入阻抗 f 固定时, Zin(z)按正切规律变化，T = l/2。为纯电抗。 由输入阻抗的等效观点出发，可将任意长

5、度的一段短路线等效为相应的等效电路(见图2-14e)、f ) )：图2-14 长线终端短路时电压、电流及阻抗的分布a) 长线终端短路 b) 电压的瞬时分布 c) 电流的瞬时分布 d) 电压、电流的振幅分布 e) 阻抗变化曲线 f ) 不同长度短路线对应的等效电路b)a)c)d)e)f)短路线串联谐振=0 (短路)l/2电 容0(感性)0l/4串联谐振=0(短路)0z长度短路线的等效电路Xin(z)z 沿线每经过l/4，阻抗性质变化一次；每经过l/2，阻抗重复原有值。图2-14 长线终端短路时电压、电流及阻抗的分布a) 长线终端短路 b) 电压的瞬时分布 c) 电流的瞬时分布 d) 电压、电流的

6、振幅分布 e) 阻抗变化曲线 f ) 不同长度短路线对应的等效电路b)a)c)d)e)f)2. 终端开路 (ZL=) （终端开路线有时简称“开路线”）(1) 沿线电压、电流分布以上关系代入式(2-11a)得则电压、电流瞬时表达式为： 1) 沿线电压、电流均为驻波分布。 2) 电压、电流之间在位置或时间上，相位都相差p/2 ，无功率的传输。 3) 在 z = n(l/2) ( n = 0,1,2, ) 处 (含终端)为电压波腹点( ) 、电流波节点( ) 。 4) 在z = (2n+1)(l/4) ( n =0,1,2, )处为电压波节点 ( )、电流波腹点( )。 终端开路时的驻波状态分布规律

7、(见图2-15)：(2) 开路线的输入阻抗亦为纯电抗。f 固定时，Zin(z) 按余切规律变化，T= l/2。 由输入阻抗的等效观点出发， 可将任意长度的一段开路线等效为相应的等效电路(见图2-15c)、d ) ) ：开路线并联谐振=(开路)l/2电 感0(感性)l/4 l/2串联谐振=0(短路)l/4电 容0 ) )时，因负载不消耗能量，终端仍产生全反射，沿线呈驻波分布。(1) 负载为纯感抗 (ZL= jX (X0) ) 终端的纯感抗可用一段特性阻抗为Z0、长度为l0 (0 l0 0) ) 终端的纯容抗可用一段特性阻抗为Z0、长度为l0 (l/4 l0 0)时, 终端均产生全反射, 沿线电压

8、、电流呈驻波分布, (1) 驻波波腹值为入射波幅值的两倍，波节值等于零。短路线终端为电压波节、电流波腹；开路线终端为电压波腹、电流波节；接纯电抗负载时，终端既非波腹、也非波节。电压波腹(电流波节):(点击WinTLS程序演示驻波)三、行驻波状态(部分反射情况)当负载为任意阻抗ZL=R jX (R0，X0 或 ZL=RLZ0) 时 |G |1，表明反射波的幅度小于入射波，入射功率有一部分被负载吸收，另一部分则被反射回去，均匀无耗长线工作在行驻波(既有行波成分又有驻波成分)状态。1. 沿线电压、电流及输入阻抗的分布对上式取模，并注意到得式中，2. 沿线的电压、电流振幅及阻抗分布特点 将式(2-22

9、)代入式(2-24)、式(2-11b) , 可由此画出行驻波沿线的电压、电流振幅及阻抗分布曲线，并分析得出以下分布特点： Zin(z) 为 将式(2-12e)代入式(2-12c) ，得端接任意负载时沿线电压、电流复数值的一般表示式为(1) 当 2b z -f2=2np (n =0，1，2，)，即在 z = (f2l)/(4p) + n l / 2 (2-25a)处为电压波腹点、电流波节点：由于0 |G |Z0 )。其归一化输入电阻(2) 当 2b z -f2=(2n+1)p (n =0,1,2,)，即在 z =(f2l)/(4p) + (2n+1) l/4 (2-26a)处为电压波节点、电流波腹点：可见，对于行驻波，有为负实数。亦为纯阻( Z0 G20(正实数)，f2=0，终端为电压波腹点、电流波节点。 2) ZL=RL Z0 G2 Z0 ; b) ZL = R , R Z0 ; 0 f2 p 距终端最近的电压波腹点的位置为 0 lmax l/4 距终端最近的电压波节点的位置为 l/4 lmin0) 容性复阻抗则 p f2 2p， l/4 lmax l/2 , 0 lmin0) 感性复