微波与天线.pptx

第4章工作状态分析()Working Process Analysis()在在上上面面一一讲讲中中，我我们们引引入入了了分分析析无无耗耗传传输输线线的的两两个个重要工作参数重要工作参数反射系数反射系数 和输入阻抗和输入阻抗补充公式：补充公式：阻抗变换器阻抗变换器半波长周期性半波长周期性同同时时，介介绍绍了了无无耗耗传传输输线线的的两两种种重重要要的的工工作作状状态态：行波状态和全驻波状态行波状态和全驻波状态 全全驻驻波波状状态态是是用用 坐坐标标分分析析的的，行行波波则则用用z z坐坐标标。对对于于一一般般情情况况，我我们们以以后后均均采采用用 坐坐标标只只是是需需注注意：这时意：这时 表示向表示向z z方向的入射波。方向的入射波。我们引入我们引入“等效长度等效长度”-的概念。的概念。有有了了这这个个概概念念，一一切切情情况况均均与与短短路路传传输输线线上上类类似似。其中：其中：(4-1)(4-1)(4-2)(4-2)只只要要注注意意：场场分分布布（即即电电压压，电电流流表表达达式式）在在任任意意 情情况下，与短路状态相比较，多了一相位因子况下，与短路状态相比较，多了一相位因子短路状态短路状态 ，开路状态，开路状态(4-3)(4-3)本本讲讲分分析析工工作作状状态态时时，将将进进一一步步推推广广等等效效长长度度的的概念。概念。所谓行驻波状态，即最一般的所谓行驻波状态，即最一般的“部分反射部分反射”情况情况一、行驻波状态场分布(4-4)(4-4)(4-5)(4-5)和和全全驻驻波波情情况况类类似似，分分析析行行驻驻波波情情况况沿沿线线电电压压、电流分布如图所示。电流分布如图所示。一、行驻波状态场分布 图图 4-1 4-1 行驻波传输线行驻波传输线由由上上式式可可以以看看出出：前前一一部部分分是是行行波波，后后一一部部分分是是全驻波。全驻波。一、行驻波状态场分布 定性分析：定性分析：一、行驻波状态场分布(4-6)(4-6)严格公式：严格公式：研究任意研究任意 处的阻抗处的阻抗 ，根据定义，根据定义 一、行驻波状态场分布 一、行驻波状态场分布 此此时时，引引入入第第三三个个工工作作参参数数电电压压驻驻波波比比 ，有有时时也用也用VSWR(VoltageStandingWaveRatio)表示。表示。11 (4-7)(4-7)也就是说，对于无耗传输线，也就是说，对于无耗传输线，不会小于不会小于1 1。(等于等于1 1对应行波情况对应行波情况)。一、行驻波状态场分布(4-(4-8)8)可见可见写出写出 的表达式如下：的表达式如下：一、行驻波状态场分布 可可见见，电电压压驻驻波波比比的的物物理理意意义义是是传传输输线线上上电电压压振振幅幅最最大大值值与与最最小小值值之之比比。很很明明显显，它它应应大大于于等等于于1 1。电电压驻波比是系统的不变量，而不是线上各点的函数。压驻波比是系统的不变量，而不是线上各点的函数。一、行驻波状态场分布 大大家家知知道道，不不同同的的系系统统有有不不同同的的特特性性阻阻抗抗 。为为了了统统一一和和便便于于研研究究，常常常常提提出出归归一一化化(Normalized)概概念，即阻抗念，即阻抗 称为归一化阻抗称为归一化阻抗 这这样样，就就把把问问题题的的共共性性(与与Z0无无关关的的部部分分)提提取取出出来了。于是有来了。于是有(4-9)(4-9)(4-(4-10)10)一、行驻波状态场分布 为为了了将将Zl=RlZ0作作为为标标准准状状态态加加以以比比较较，式式(4-10)(4-10)又可写成又可写成 再注意到反射系数再注意到反射系数 (4-(4-11)11)一、行驻波状态场分布 对应的反射系数相位对应的反射系数相位(4-(4-12)12)(4-(4-13)13)二、行驻波标准状态（Zl=RlZ0）和和全全驻驻波波传传输输线线短短路路状状态态类类似似，我我们们把把Zl=RlZ0作为行驻波传输线标准状态。由作为行驻波传输线标准状态。由Xl=0，Z0-Zl0 可知可知(4-(4-14)14)(4-(4-15)15)(4-(4-16)16)二、Zl=RlZ0标准状态 图图 4-2 4-2 状态状态 二、Zl=RlZ0标准状态 考虑到考虑到 ，可知这时的电压驻波比，可知这时的电压驻波比(4-(4-17)17)标标准准状状态态下下电电压压驻驻波波比比 等等于于归归一一化化负负载载电电阻阻的的倒倒数数。(这这一一点点很很好好记记忆忆：此此时时归归一一化化负负载载电电阻阻 1 1，而，而 必须大于必须大于1)1)。亦即：亦即：行驻波的这一状态与全驻波开路状态类似。由于行驻波的这一状态与全驻波开路状态类似。由于(4-(4-18)18)(4-(4-19)19)(4-(4-20)20)三、Zl=Rl Z0状态 所以可得：所以可得：对比式对比式(4-16)(4-16)和和(4-20)(4-20)可知在形式上，有可知在形式上，有(4-(4-21)21)三、Zl=Rl Z0状态 图图4-3 Zl=Rl Z0状态 在这种情况下，在这种情况下，于是有，于是有(4-(4-22)22)也也就就是是说说，电电压压驻驻波波比比 等等于于归归一一化化负负载载电电阻阻 ，与与全全驻驻波波状状态态完完全全类类比比。我我们们可可以以推推广广等等效效长度概念长度概念 ，令，令(4-(4-23)23)三、Zl=Rl Z0状态 其中：其中：那那么么波波节节点点的的坐坐标标是是 。的的物物理理意意义义是是从从负负载载出出发发到到波波节节点点的的负负距距离离，因因此此到到波波节节点点的的距距离离可可写写为为 ，有，有一般取号。一般取号。(4-(4-24)24)(4-(4-25)25)三、Zl=Rl Z0状态 四、的任意状态计及计及 ，可知，可知电压，电流沿线分布电压，电流沿线分布(4-(4-27)27)(4-(4-26)26)而阻抗而阻抗 分布为分布为上面写法是以小电阻上面写法是以小电阻 作为标准状态。只要作为标准状态。只要 ，即完全归于小电阻标准状态。，即完全归于小电阻标准状态。(4-(4-28)28)四、的任意状态图图 4-4 4-4 任意负载情况任意负载情况任意负载情况任意负载情况四、的任意状态Xl0容性负载情况容性负载情况 Xl0感性负载情况感性负载情况 四、的任意状态五、行驻波阻抗图形 已经导出已经导出 很很容易得到容易得到(4-(4-31)31)图图4-5 4-5 行驻波行驻波阻抗特性阻抗特性五、行驻波阻抗图形 画出行驻波阻抗图形如上所示，可以发现其性质。画出行驻波阻抗图形如上所示，可以发现其性质。(4-(4-32)32)性质性质行驻波阻抗依然有行驻波阻抗依然有 波长周期性。波长周期性。感性和容性感性和容性(也可以说是串联谐振和并联谐振也可以说是串联谐振和并联谐振)有有 变换性质。变换性质。在电压波节点上，输入阻抗为纯电阻，且最小在电压波节点上，输入阻抗为纯电阻，且最小在电压波腹点，输入阻抗也是纯阻，且最大在电压波腹点，输入阻抗也是纯阻，且最大(4-(4-33)33)六、功率关系 对于无耗传输线，线上所传输的功率满足：对于无耗传输线，线上所传输的功率满足：传输功率传输功率=输入功率输入功率-反射功率反射功率其中：其中：即即所以所以六、功率关系 对于行波传输线对于行波传输线 对于全驻波传输线对于全驻波传输线即全驻波传输线没有传输功率，或者说，入射波即全驻波传输线没有传输功率，或者说，入射波功率等于反射波功率。功率等于反射波功率。(4-(4-40)40)(4-(4-41)41)六、功率关系 对于行驻波传输线，在电压波腹或波节点，由于对于行驻波传输线，在电压波腹或波节点，由于阻抗是纯阻，因此电压、电流必然同相阻抗是纯阻，因此电压、电流必然同相可见，传输线可见，传输线 愈大传输功率愈小。愈大传输功率愈小。(4-(4-42)42)(4-(4-43)43)PROBLEMS 4PROBLEMS 4 一、求如图系统的输入反射系数一、求如图系统的输入反射系数 和沿线电压和沿线电压 分布。分布。二、要使如图系统输入反射系数二、要使如图系统输入反射系数 ，试求传输线长，试求传输线长度度l 和短路支节长度和短路支节长度ls。PROBLEMS 4PROBLEMS 4