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1、,微波与天线,北方工业大学通信工程系邢志强,1 传输线理论,1.1 长线理论,上式表明,线上任意点的反射系数和该点向负载看去的输入阻抗有一一对应的关系。,将z=0代入上式,便得终端负载阻抗与终端反射系数的关系,即为,反射系数 与输入阻抗的关系,波的反射是长线工作的基本物理现象，反射系数不但具有明确的物理意义，而且便于测量，因此非常常用。,反射系数,对无耗传输线,回波损耗,1-1-3-3 驻波系数与行波系数,Voltage Standing Wave Ratio,当电磁波在终端负载阻抗不等于传输线特性阻抗的传输线上传输时,会产生反射波。反射波的大小除了用电压反射系数来描写外,还可用驻波系数(VS
2、WR)或行波系数K来表示。驻波系数定义为沿线合成电压(或电流)的最大值和最小值之比,即,驻波系数,传输线任何点的电压和电流是入射波和反射波叠加的结果,反射系数为正实数处，反射波电压与入射波电压相位相同，形成电压波腹；反射波电流和入射波电流相位相反，形成电流波节。,反射系数为负实数处，则是电压波节，电流波腹。,其他处合成波电压、电流值介于各自波腹和波节之间。,1-1-3-3 驻波系数与行波系数,由驻波系数、第一波节点距终端距离Zmin1可以求出终端负载反射系数。,微波测量方法,行波系数：驻波系数的倒数：,1-1-3-4 参数间的关系,1.1.4 均匀无耗传输线的工作状态,行波状态:匹配负载，无反
3、射驻波状态:短路、开路或纯电抗，全反射 行驻波状态：不匹配负载,部分反射,反射系数模,行波系数,传输线上反射波的大小，可用反射系数的模、驻波比和行波系数三个参量来描述。,驻波比,长线终端接不同负载时，电压、电流波沿线的分布状态。,根据终端负载的情况，传输线有三种工作状态：,常用反射损耗（RL）&电压驻波比（VSWR）对照表,10,请填入？空格之正确数值,好指标,较好,最低,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,10log(Transmission power%/100),1.1.4 均匀无耗传输线的工作状态,行波工作状态,信号源传向负载的能量被负载完全吸收而无反射，此时称传输线工作于
4、行波状态。传输线与负载处于匹配状态。条件：传输线无限长，或终端接有等于线的特性阻抗的负载,传输线无限长,负载处无反射,负载处无反射时：,负载阻抗等于传输线的特性阻抗,行波工作状态-证明,ZL=Z0,可得行波状态下的分布规律：,(1)线上电压和电流的振幅恒定不变,(2)电压行波与电流行波同相，它们的相位是位置z和时间t的函数,(3)线上的输入阻抗处处相等，且均等于特性阻抗,行波工作状态,纯驻波工作状态,负载不吸收有功功率，入射波的功率在终端产生全反射，线上的入射波与反射波相叠加，形成了纯驻波状态。传输线终端条件:短路 开路 接有纯电抗性(电感性或电容性)负载,证明,由于Z0为实数 则ZL=0、或
5、 jx 时右式成立,负载处全反射,纯驻波工作状态,（1）终端短路,e,Rs,ZL=0,纯驻波工作状态,纯驻波工作状态终端短路,（1-17a）,ZL=0 UL=0,造成电压电流之间存在/2相位差,在终端（Z=0）：,纯驻波工作状态终端短路,抗电纯,传输特点（1）沿线各处的电压、电流不再向负载传输，而是在原地随时间作简谐变化，且线上任一处的电压和电流在时间上都有/2的相位差。（2）电压、电流的分布曲线随时间作上下振动，沿轴没有波的传输，因此也就没有能量的传输。驻波的这种特性是两个向相反方向传播、振幅相等的行波相互干涉的结果。,纯驻波工作状态终端短路,（3）电压波节 在z=0,/2,2(/2),3(
6、/2),时电压恒为0（串联谐振）；电压波腹 在z=/4,3/4,5/4,时电压恒为最大（并联谐振）0 z/4时，感抗/4 z/2时，容抗/2为一周期,纯驻波工作状态终端短路,终端开路,纯驻波工作状态终端开路,ZL=,L=1将ZL=,I2=0代入 可得终端开路时沿线电压、电流分布的表达式为,上面两式相比,可得沿线阻抗分布的表达式,终端开路,纯驻波工作状态终端开路,终端为电压波腹点、电流波节点,阻抗为无穷大。只要将终端短路的传输线从终端开始去掉/4线长,余下线上的分布即为终端开路线上沿线电压、电流及阻抗分布。启发:终端短路(或终端开路)线自终端起去掉小于/4线长,即可得到终接纯感抗(或纯容抗)负载
7、时的沿线电压、电流及阻抗分布。,纯电感负载,长度为L0的短路线代替,纯驻波工作状态终端电抗,长度为l0的开路线代替,纯电容负载,纯驻波工作状态终端电抗,纯驻波特点,驻波波腹值为入射波的两倍，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。,P22,沿线上各点电压和电流彼此在时间上有900相位差它表示纯驻波时功率是纯无功的,没有能量损耗 电压和电流彼此在空间的Z方向上也有900相位差。(四分之一波长)它表示纯驻波时功率是纯无功的,没有能量传输 负载为短路（或开路）时，如果频率一定，随线的长度其电流的变化，可为电感值，电容值或谐振
8、性质（串联谐振或并联谐振）,传输功率 传输线主要用来传输功率。无耗传输线上任意点z处的电压、电流为,因此传输功率为,对于无耗线Z0为实数,而上式中括号内第三与第四项之差为虚数,因此上式变为,式中Pr(z)和Pi(z)分别表示通过z点处的反射波功率和入射波功率,两者之比|(z)|2为功率反射系数。,上式表明,无耗传输线上通过任意点的传输功率等于该点的入射波功率与反射波功率之差。由于是无耗线,因此通过线上任意点的传输功率都是相同的,即传输线始端的输入功率等于终端负载吸收功率,也等于电压波腹点或电压波节点处的传输功率。,传输功率,行驻波工作状态,负载吸收入射波的一部分功率，其余部分反射回去，这就是行驻波状态 介于行波与纯驻波之间的中间状态，凡不属于行波和纯驻波的都是行驻波状态 与驻波状态相应的负载阻抗既不等于特性阻抗，也不是短路、开路或纯电抗,终端产生部分反射，线上形成行驻波,行驻波工作状态,
