传输线理论gai解读.ppt

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东南大学电磁兼容研究室, Copyright@ 2002, All rights reserved 传输线理论 主要内容 传输线的瞬态响应 传输线参数 分布参数和特性阻抗 传播系数 相速 无线长无损耗传输线 接负载的无损耗传输线 短路和开路传输线 圆图 为什么引入传输线理论? 随着频率f 的升高,电子设备中线缆的长度与波长?相比拟(l ?/10),被称为“长线” 传输线本身的电容、电感、电阻和电导效应不能忽略 传输线的参数都呈“分布”状态 为什么引入传输线理论? 能量以“波”的形式传播 线上的电压和电流不仅与时间有关,而且与位置有关 无耗传输线的瞬态响应 对电容C ?X, ?Q= C ? X VS,所以: i= ?Q/ ?t= C ? X VS / ?t= CVS (? X / ?t)= CVSv 式中:v为相速 无耗传输线的瞬态响应 对电感L ?X, ? ?= L? X i=L ? X CVSv 根据法拉第电磁感应定律:VS = ??/ ?t= L CVSv2 所以:v= m/s 无耗传输线的瞬态响应 对电容C ?X, ?Q= C ? X VS,所以: i= ?Q/ ?t= C ? X VS / ?t= CVS (? X / ?t)= CVSv =CVS/ = 传输线的特性阻抗 特性阻抗Zc的物理意义:当传输线上出现脉冲电压V时,相应的脉冲电流为:I=V/ Z0 传输线方程及其解 取长度为?x( ?x ?)的一段传输线,将其作为集中参数电路来处理。设传输线上的电压和电流瞬时值分别为:u(x,t)和i(x,t),假定传输的是稳态正弦信号,根据基尔霍夫定律,得: 传输线方程及其解 传输线方程及其解 传输线方程及其解 传输线方程及其解 解二阶微分方程组: 传输线方程及其解 二阶微分方程组的解: 无损耗传输线方程及其解 传输线的特性阻抗 Zc的大小取决于传输线所填充的介质和传输线的横向尺寸,与传输线的长度无关。例如,对于同轴电缆 常用传输线的特性阻抗和分布参数 传输线方程及其解 式中,第一项表示向正x方向传播的波(入射波),第二项表示向负x方向传播的波(反射波)。因此,在一般情况下,传输线上存在着朝相反方向传播的波,或者说,传输线上任意位置的电压和电流是由这两者叠加而成的。 无损耗传输线方程及其解 相速的概念 电压波和电流波的等相位面(即某一给定相位)沿传播方向的移动速度,称为相速vp。 因为随着时间的增加,入射波沿着正x方向移动,所以: 无限长的无损耗传输线 无限长的无损耗传输线 接有负载的均匀无耗传输线 实际传输线其终端总是接有负载的; 假如一段传输线的终端负载为Zc,传输线上无反射波存在,它具有类似无限长线的性质,即工作在匹配状态; 以下讨论已知终端电压和电流时,接有负载的均匀无耗传输线的传输线方程。 已知终端电压和电流时的传输线方程 x 已知终端电压和电流时的传输线方程 已知终端电压和电流时的传输线方程 电压反射系数 电压反射系数 U-(x)与U+(x)之比称为电压反射系数,记作 。 电压反射系数 终端开路的传输线,ZL??,得: ??1,表示开路传输线在终端产生同相全反射; 终端短路的传输线,ZL?0,得: ?-1,表示短路传输线在终端产生反相全反射; 终端匹配的传输线,ZL= ZC ,得: ?0,表示匹配传输线在终端不存在反射。 反射系数的模 ?1 回波损耗 回波损耗以LR表示,它与 的关系为: 驻波现象及电压驻波比 如果传输线终端的负载阻抗与传输线特性阻抗不相等,那么传输线终端的不连续性会引起电压和电流的反射。 入射波(从源端传出)和反射波(从负载传出) 在传输线上按时空关系代数合成,结果形成有别于行波的另一种波——驻波。 传输线有三种工作状态:行波,纯驻波,行驻波 驻波现象及电压驻波比 设在传输线上的位置A处入射波与反射波相位相同,相加的电压幅度最大。经过??4的距离,到位置B处入射波超前??2,反射波滞后??2,两者相位相反,合成幅度最小。如此周而复始,电压幅度沿线呈现驻留、波浪式的分布,这就是驻波。 驻波现象及电压驻波比 幅度最大处称波腹,幅度最小处称波节。波节(或波腹)的位置与传输线负载特性有关; 电压驻波的波腹与波节之间在空间相距??4; 电流驻波的波腹与电压驻波的波节重合 ,即:电流驻波瞬时值的时间相位与电压驻波瞬时值相位相差??2,表示传输线上的驻波能量实际以电场贮能与磁场贮能的形式在线上往复振荡。 驻波现象及电压驻波比 驻波现象及电压驻波比 电压驻波比 传输线上电压U(x)的最大振幅与最小振幅之比,称为电压驻波比(VSWR,Voltage Standing Wave Ratio),用s表示。 驻波现象及电压

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