微波与电磁波课堂讲义.ppt

§1.4　理想传输线的　　　 各种工作状态 一、匹配状态(行波状态) 二、全反射状态(纯驻波状态) 1．末端短路的传输线 2．末端开路的传输线 3．末端接纯电抗负载的理想传输线 例 1.4-1 三、部分反射状态(行驻波状态) 1．电压和电流的分布表达式 例 1.4-2 2．行驻波状态下各电气参数及其相互关系 例 1.4-3 　　比较末端短路和开路的理想传输线上等效阻抗的分布图，沿传输线方向同样可以看出，两种状态下的等效阻抗的分布均错开了 1/4 个相波长。 X(z) z 　　因此，在实践中常常用短路传输线来代替开路传输线。 用来代替开路传输线的短路传输线上，距离短路点 1/4 个相波长处是纯驻波电压的波腹点，纯驻波电流的波节点，等效阻抗为无穷大，该点又称为等效开路点。 　　　把短路传输线上的等效开路点看成是开路传输线的末端，就可以用这条短路传输线来代替开路传输线。 　　理想传输线末端接纯电抗负载 ZL = jXL，负载电压与电流的关系为 VL = jXLIL 把上式代入复振幅表达式 上式中，复振幅 A 和 B 的模相等，而幅角 ?B = ? - ?A 。因此有 这样，末端接有纯电抗负载的理想传输线上电压和电流表达式可以分别写成 可见，合成波电压和电流也都是呈纯驻波状态沿传输线按正、余弦函数规律分布。 　　如果设　　　　　　 ?A = ?z0 则任意观察点 z 处的电压、电流分布表达式可以改写成 末端接纯电感和纯电容负载的理想传输线上电压、电流振幅分布分别如图 1.4-3(a)、(b)所示。 (a) (b) 图 1.4-3　纯电抗负载传输线纯驻波电压、电流 　　　　　　　 和等效电抗分布 　　从电压、电流振幅分布来看，负载处的电压和电流，相当于末端短路的理想传输线距离末端 z0 处的电压和电流。 根据上面表达式和等效阻抗的定义可知，末端接纯电抗负载的理想传输线上任意观察点处等效阻抗为 　　末端接纯电感和纯电容负载的理想传输线上纯电抗 X(z) 分布曲线分别如图 1.4-3(c)、(d)所示。 (c) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (d) 图 1.4-3　纯电抗负载传输线纯驻波电压、电流 　　　　　　　 和等效电抗分布 X(z) X(z) 图 1.4-3　纯电抗负载传输线纯驻波电压、电流 　　　　　　　 和等效电抗分布 　　从纯电抗分布来看，相当于末端短路的理想传输线距离负载 z0 处的等效阻抗。 　　在 z = 0 处，纯电抗负载的理想传输线的负载电压和电流分别为 图 1.4-3　纯电抗负载传输线纯驻波电压、电流 　　　　　　　 和等效电抗分布 　　负载电压 VL 和负载电流 IL 就相当于末端短路的理想传输线上，与负载距离为 z0 处的电压 V(z0) 和电流 I(z0)。 　　纯电抗负载的负载阻抗为 ZL = jXL = Z(0) = jZ0tan(?z0) 　　纯电抗负载的负载阻抗相当于末端短路的理想传输线上与负载距离为 z0 处的等效阻抗。 　　现在我们来看一下 z0 的长度。由 VL = jXLIL ，知 即 上式中指数为 为了分析问题方便，对于纯电感性负载的情形，我们假设负载电流 IL 的初相角为零，则入射波电压在负载处的复振幅 A 的初相角为 　　对于纯电容性负载的情形，假设负载电流 IL 的初相角为 ?，则入射波电压在负载处的复振幅 A 的初相角为 　　由此可见，在需要纯电抗负载的时候，完全可以用一段末端短路的理想传输线来代替，它的长度为 如果上式中 XL ? ? ?，则 z0 = ?p/4，这就是我们在前面指出的用末端短路的理想传输线代替末端开路传输线的情形。 　　末端接纯电抗负载的理想传输线负载反射系数和任意观点处的反射系数分别为 上式中 由于全反射状态的理想传输线上反射波与入射波等幅，任意观察点处反射系数的模 |?(z)| = 1，因此行波系数和驻波系数分别为 k = 0 和 ? ? ? 　　下面我们来讨论一下全反射状态的共同特点。 图 1.4-3　纯电抗负载传输线纯驻波电压、电流 　　　　　　　 和等效电抗分布 　　在传输线上，反射系数 ?(z) = 1 的位置，反射波电压与入射波电压等幅同相，反射波电流与入射波电流等幅反相。 该点是纯驻波电压的波腹点即纯驻波电流的波节点，等效阻抗为无限大，因而称为等效开路点，相当于并联谐振。 　　在反射系数 ?(z) = -1 的位置，反射波电压与入射波电压等幅反相，反射波电流与入射波电流等幅同相，该点是纯驻波电压的波节点即纯驻波电流的波腹点，等效阻