均匀传输线

分布参数电路

实际电路参数的分布

均匀传输线_第1张图片

当线长l<<λ时,全线的电压处于同一个变化状态,就可以使用集总参数模型;否则,当线长可与λ作比较时,此时沿线电压由明显的波动,各处数值不一,就必须使用分布参数模型。

 

 

均匀传输线及其方程

均匀传输线_第2张图片

根据基尔霍夫定律可得

均匀传输线_第3张图片均匀传输线_第4张图片

略去二阶无穷小量并约去dx后,得

均匀传输线_第5张图片

 

 

均匀传输线方程的正弦稳态解

用相量法表示

均匀传输线_第6张图片,即均匀传输线_第7张图片,即均匀传输线_第8张图片

,其中γ被称为传播常数,得

均匀传输线_第9张图片,进一步求解,均匀传输线_第10张图片,并均匀传输线_第11张图片

均匀传输线_第12张图片,称其为特性阻抗或波阻抗,则均匀传输线_第13张图片

 

根据边界条件可以确定常数,可以分为两种情况

1.假设始端电压和电流已知,即x=0

均匀传输线_第14张图片,求解得均匀传输线_第15张图片

那么均匀传输线_第16张图片,进一步改写均匀传输线_第17张图片

2.假设终端电压和电流已知,即x=l

均匀传输线_第18张图片,求解得均匀传输线_第19张图片

那么均匀传输线_第20张图片令x'=l-x,均匀传输线_第21张图片

进一步改写均匀传输线_第22张图片

 

下面来分析电压、电流波动形式

均匀传输线_第23张图片,那么

将其改写为时间函数均匀传输线_第24张图片

这样一来,u可以看作是两个电压分量的叠加

波形沿着x轴衰减,衰减程度取决于α。通常将这种波称为入射波。

均匀传输线_第25张图片

如果要确定该波的传播速度,令α=0,,可以得出

均匀传输线_第26张图片即,均匀传输线_第27张图片,其中Vψ称为相速。

传播方向和u+相反,由x轴反向衰减。通常将这种波称为反射波。

 

由上面的分析可理解,α称为衰减常数,β称为相位常数。

进一步还可以,求出

 

 

均匀传输线的原参数和副参数

传输线单位长度的电阻R0、电感L0、电容C0和电导G0称为原参数。传播常数γ和特性阻抗Zc称为副参数。

为了计算α和β,设R0、L0、C0和G0为已知,则有

均匀传输线_第28张图片

因此,可以求出

均匀传输线_第29张图片

均匀传输线_第30张图片

 

均匀传输线_第31张图片时,

均匀传输线_第32张图片,衰减系数α与频率无关,Vψ也与频率无关,且α和β均达到其最小量,这种传输线被称为无畸变传输。当非正弦信号在线上传输时,各次谐波分量将发生同样程度的衰减且以同样的速度传输,而不会畸变。

 

时,称为无损耗线,

,因此,无损耗线也是无畸变线。

 

当频率很高的时,从曲线图中可以看出传输线接近于无畸变线。

 

 

无损耗传输线

在无线电工程中,由于工作频率较高,,可以将损耗略去,即R0=0和G0=0,将其看做是无损耗线。

因此,均匀传输线_第33张图片

可见无损耗的特性阻抗是一个纯电阻且与频率无关。

 

距终端x处的电压、电流为

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距终端x处的入端阻抗为,其中Z2为终端的负载阻抗

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下面讨论

均匀传输线_第36张图片

由此可以看出,电压、电流只有入射波,且无振幅衰减。电压、电流同相,振幅比等于Zc。

 

 

 

 

 

 

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