第二章传输线理论习题讲解

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第2章(683)教材配套件课

第2章(683)教材配套件课
低于电源电压U0 ,于是电源又对第一个电容充电。而当第二个
电容充电到一定电压时又通过电感放电给第三个电容。这样一 步一步下去,一方面,前一个电容不断地通过电感放电给下一 个电容;另一方面,电源不断补充电荷维持一定的电压。这就 形成了在电路上的直流电压波。并且,正是由于电感对电流变 化的反抗作用和电容对电压变化的反抗作用,这种充电、放电 过程在线上以有限的速度传播, 而不是瞬时传递的。
(U L

ILZc )
U
0

反射波电压振幅
1 2
(U L

I
L
Z
c
)


I
0

入射波电流振幅
1 2
IL

UL Zc


(2-6)
I
0
反射波电流振幅
1 2
IL
UL Zc


第2章 传 输 线
则得
U I

U
0
虑到v=Δz/Δt,则上两式可写为
U LvI
I

CvU

(2-1)
从这两式出发, 经过简单的代数运算, 可以得到以下几 个重要结果:
第2章 传 输 线
特性阻抗为 单位是Ω(欧姆)。
UL Zc I C
(2-2)
波速(相速)为 v 1
(2-3)
LC
单位是m/s(米/秒)。在正弦波的情况下,由第1章1.3节式 (1-9)可得相移常数为
第2章 传 输 线 在一般情况下,线上任一点处的电压和电流都是入射波和 反射波之和,即两个相反方向的行波之和:
U Ae jz Be jz

传输线基本理论2_工作状态

传输线基本理论2_工作状态

的终端短路同轴线, 例:填充空气、Zc = 50 、长度为 0.1m 的终端短路同轴线, 填充空气、 求其输入阻抗。 当频率分别为 0.75GHz 、1.5GHz 、4GHz 时,求其输入阻抗。
传输线的绝对长度 l = 传输线的电长度 le= 工作频率对应的波导波长 λ g 2π l e λ g = 2π l e βl= l = leλg λg 解: le Z in = jZ c tan(β l ) = jZ c tan(2π l e ) f (GHz) λg (m)
三、输入阻抗: 输入阻抗
Γ (z ) = 0 ,
1 + Γ (z ) Z in (z ) = Z c ⋅ = Zc 1 − Γ (z )
传输线上,任意点的输入阻抗均等于特性阻抗。 传输线上,任意点的输入阻抗均等于特性阻抗。
四、优点
行波状态是理想的工作状态,能量被负载完全 行波状态是理想的工作状态, 接收。但实际工作中, 接收。但实际工作中,不可能达到理想的行波状 总是或多或少存在反射。 态,总是或多或少存在反射。 在天线、微波器件、微波电路的设计中, 在天线、微波器件、微波电路的设计中,如何 采取各种措施,使负载尽量匹配、尽量减少反射, 采取各种措施,使负载尽量匹配、尽量减少反射, 是很重要的一项工作内容。 是很重要的一项工作内容。
λg
6 2π λ g − j2 λg 6 2π 3
= -e Γ 6
λg
− j2β
= -e
= -e
−j
例: 欲用特性阻抗为 欲用特性阻抗为50 、终端短路的传输线来得到
值为 j25 的电抗,则该段传输线最短应为多长。 的电抗,则该段传输线最短应为多长。
Z c = 50 Ω
0.75 1.5 4

传播常数和衰减常数

传播常数和衰减常数

I(z+Δz, t)
I(z,t)
U(z,t)
C1 G1
U(z+Δz,t)
R1
Δz
G1
L1Δz
I(z+Δz,
t)
U(z+Δz, t)
I(z,t)
U(z,t)
Δz
C1
Δz
z
l
d=l-z
d
在上述等效电路中,设传输线小线元输入端电压为U ( z, t ) ,电流 为 I ( z, t ) ,输出端电压为U ( z z, t ) ,电流为 I ( z z, t ) ,
3.等效电路
对于均匀传输线,由于参数沿线均匀分布,故可任取一小线 元 Z 来分析,此线元满足 Z ,是一个短线,则此线元可 看成集总参数电路,故线元等效成集总参数电路 型网络,等效 参数为: R1z、L1z、C1z、G1z。 线元等效电路如图所示。
R 1Δz Zg Eg L1Δz C 1Δz G1Δz
处处相同的,所以它的U(I)仅仅是时间t的函数,而与空间位置z 无关,可以认为,短线与工作波长相比较可以认为是一点。 这样 , 波在传输过程中的相位滞后效应可以忽略 , 而且 , 一般地 也不计趋肤效应和辐射效应的影响 ; 电压和电流也都有确定的定义。 因 此 , 在稳态下 , 系统内各处的电压或电流可近似地认为是同时地 只随时间变化的量 , 而与空 间位置无关 ; 总之,一段线,低频时可以不考虑它的长度(或位置)对I、U 的影响,微波时要考虑它的长度,因为线上每点有很多效应,如有 电感、电容、损耗、辐射效应、趋肤效应等,这些都会引起信号的 变化。 3、分布参数效应(以平行双线为例) (1)低频时,分布参数效应:(前面的课程曾经给出) 平行双线单位长度的分布电感(无论低频高频都存在)为 L 2H / m 平行双线单位长度的分布电容(无论低频高频都存在)为 C 5 pF / m 工作频率f=500Hz,则它所产生的串联阻抗 X L L 6.28 10 3 / M

第二章-传输线理论

第二章-传输线理论

第二章 传输线理论
根据传输线上的分布参数是否均匀分布,可将其分为 均匀传输线和不均匀传输线。我们可以把均匀传输线分割
成许多小的微元段dz (dz<<λ),这样每个微元段可看作集 中参数电路,用一个Γ型网络来等效。于是整个传输线可
等效成无穷多个Γ型网络的级联
第二章 传输线理论
2 - 2 无耗传输线方程及其解 一、传输线方程
即:
( ) I (z) = Ii2e jβ z + Ir2e- jβ z = Ii2 e jβ z + e- jβ z = 2Ii2 cos β z
( ) u(z,t) =
2Ui2
sin
β
z cos ω t
+
φ 2

2
i(z,t) =
2
Ii2
cos β
z cos(ω t
+
φ) 2
第二章 传输线理论
=
-
Ur (z) Ir (z)
=
R0 + jωL1 G0 + jωC1
对于无耗传输线( R0 = 0, G0 = 0 ),则
Z0 =
L1 C1
对于微波传输线 ,也符合。
平行双线 同轴线 特性阻抗
在无耗或低耗情况下,传输线的特性阻抗为一实数, 它仅决定于分布参数L1和C1,与频率无关。
第二章 传输线理论
l = (2n +1) λ (n = 0,1,2,)
4
1.传输线上距负载为半波长整数倍的各点的输入阻抗等于负载阻抗;
2.距负载为四分之一波长奇数倍的各点的输入阻抗等于特性阻抗的
平方与负载阻抗的比值;
3.当Z0为实数,ZL为复数负载时,四分之一波长的传输线具有变换阻 抗性质的作用。

微波技术基础2013-第二章-传输线理论

微波技术基础2013-第二章-传输线理论
E
H
g(z) (2.23)
又,由内外导体的边界条件,导体表面电场的切向分量 为零,有
f (z) f (z) E a,b a b 0
由此导出,Eφ=0
比较(2.22a)式两边,有 H 0
则(2.22)式简化为:
E z
jH (2.24a)
H z
jE (2.24b)
并 且E必 须 有 如 下 形 式 : h(z)
3.输入阻抗与输入导纳
输入阻抗 定义:传输线某参考面的输入阻抗定义为该参考 面上的总电压和总电流之比。,即
V (l) Zin (l ) I (l )
Zin (l )
Z0
1 1
Le Le
j2l j2l
(2.43)
Z in
Z0
ZL Z0
jZ 0 jZ L
tanl tanl
(2.44)
3.输入阻抗与输入导纳
——传输线中电路量与场量的关系
1、分析前提: ➢ 同轴线内外导体为理想导体(忽略导体损耗) ➢ 填充介质的介电常数为复数(有介质损耗) ➢ 同轴线横截面均匀,且无限长。
2、同轴线的特点: ➢ 传输TEM波,即Ez=Hz=0,传输方向为+z方
向。 ➢ 结构为角对称,即场量随角度φ无变化,即对
φ求导数为零。
第二章 传输线理论
本章要点与难点
➢ 传输线的集总元件电路模型、传输线方程的建立。 ➢ 传输线方程的解及其意义,传输线上的波是怎样
传播的。 ➢ 表征传输线特性的基本参量及其计算方法 ➢ 端接负载对传输线工作状态的影响、描述传输线
工作状态的参量及其之间的关系。 ➢ SMITH阻抗圆图的构成与应用。 ➢ 阻抗匹配的基本概念及方法。 ➢ 重要的基本概念及其相互之间的关系

微波技术习题解答(部分)

微波技术习题解答(部分)

率的波,而是一个含有多种频率的波。这些多种频率成分构成一个“波群”
又称为波的包络,其传播速度称为群速,用 vg 表示,即 vg v 1 c 2
第三章 微波传输线
TEM波:相速
vp
1 v
相波长
p
2
v f
群速 vg vp v
即导波系统中TEM波的相速等于电磁波在介质中的传播速度,而相波长 等于电磁波在介质中的波长(工作波长)
插入衰减 A
A
1 S21 2
A%11 A%12 A%21 A%22 2 4
对于可逆二端口网络,则有
A
1 S21 2
1 S12 2
第四章 微波网络基础
插入相移 argT arg S21
对于可逆网络,有 S21 S12 T ,故
T T e j S12 e j12 S21 e j21
何不同?
答案:截止波长:对于TEM波,传播常数 为虚数;对于TE波和TM波,对 于一定的 kc 和 、 ,随着频率的变化,传播长数 可能为虚数,也可能为实
数,还可以等于零。当 0 时,系统处于传输与截止状态之间的临界状态,此 时对应的波长为截止波长。
当 c 时,导波系统中传输该种波型。 当 c 时,导波系统中不能传输该种波型。
第三章 微波传输线
3-3 什么是相速、相波长和群速?对于TE波、TM波和TEM波,它们的相速 相波长和群速有何不同?
答案: 相速 vp 是指导波系统中传输的电磁波的等相位面沿轴向移动的速
度,公式表示为
vp
相波长 p
是等相位面在一个周期T内移动的距离,有
p
2
欲使电磁波传输信号,必须对波进行调制,调制后的波不再是单一频
T S21 0.98e j 0.98

习题答案第2章

习题答案第2章

17第2章 微波传输线2.1什么是长线?如何区分长线和短线?举例说明。

答 长线是指几何长度大于或接近于相波长的传输线。

工程上常将1.0>l 的传输线视为长线,将1.0<l 的传输线视为短线。

例如,以几何长度为1m 的平行双线为例,当传输50Hz 的交流电时是短线,当传输300MHz 的微波时是长线。

2.2传输线的分布参数有哪些?分布参数分别与哪些因素有关?当无耗传输线的长度或工作频率改变时分布参数是否变化?答 长线的分布参数一般有四个:分布电阻R 1、分布电感L 1、分布电容C 1、分布电导G 1。

分布电容C 1(F/m )决定于导线截面尺寸,线间距及介质的介电常数。

分布电感L 1(H/m )决定于导线截面尺寸,线间距及介质的磁导率。

分布电阻R 1(Ω/m )决定于导线材料及导线的截面尺寸。

分布电导G 1(S/m ) 决定于导线周围介质材料的损耗。

当无耗传输线(R 1= 0,G 1= 0)的长度或工作频率改变时,分布参数不变。

2.3传输线电路如图所示。

问:图(a )中ab 间的阻抗0=ab Z 对吗?图(b )中问ab 间的阻抗∞=ab Z 对吗?为什么?答 都不对。

因为由于分布参数效应,传输线上的电压、电流随空间位置变化,使图(a )中ab 间的电压不一定为零,故ab 间的阻抗ab Z 不一定为零;使图(b )中a 点、b 点处的电流不一定为零,故ab 间的阻抗ab Z 不一定为无穷大。

2.4平行双线的直径为2mm ,间距为10cm ,周围介质为空气,求它的分布电感和分布电容。

解 由表2-1-1,L 1=1.84×10-6(H/m ),C 1=6.03×10-12(F/m )2.5写出长线方程的的解的几种基本形式。

长线方程的解的物理意义是什么? 答(1)复数形式18 ()()()z L L z L L I Z U I Z U z U ββj 0j 0e 21e 21--++= ()()()z L L z L L I Z U Z I Z U Z z I ββj 00j 00e 21e 21---+=(2)三角函数形式()z Z I z U z U L L ββsin j cos 0+=()z I z Z U z I L Lββcos sin j+= (3)瞬时形式()()A z t A t z u ϕβω++=cos , ()B z t B ϕβω+-+cos ()()A z t Z A t z i ϕβω++=cos ,0()B z t Z B ϕβω+--cos 0其中,()L L I Z U A 021+=,()L L I Z U B 021-= 物理意义:传输线上的电压、电流以波动的形式存在,合成波等于入射波与反射波的叠加。

微波技术基础 第2章 传输线理论

微波技术基础 第2章 传输线理论
第2章 传输线理论
内容提要
一、传输线基本概念
1、传输线的种类
2、分布参数及分布参数电路
二、传输线方程的解
1、传输线方程的解
2、入射波和反射波
三、传输线的特性参量
传播常数、特性阻抗、相速和相波长、输入阻抗、反
射系数、驻波比(行波系数)和传输功率
2020/1/23
1
西安电子科技大学
四、均匀无耗传输线工作状态的分析
,
a b
ad
D
a
W
, d
L1(H / m)
ln b 2 a
D D2 d2
ln

d
d
W
C1(F / m)
2 / ln b
a
/ ln D D2 d 2
d
W
d
R1( / m)
Rs
2

1 a

1 b

2Rs
d
2Rs W
G1(S / m)
数电路,用一个 型网络来等效。于是整个传输线可等效成 无穷多个 型网络的级联.
2020/1/23
6
西安电子科技大学
二、传输线方程
i(z,t)
L1 z
(z, t) R1 z
G1z
i(z z,t)
C1z (z z,t)
z
1) 一般传输线方程或电报方程
z,t z z,t z,t z
2
2
I (d ) VL ILZ0 e d VL ILZ0 e d I (d ) I (d )
2Z0
2Z0
V (d) ch d

I
(d
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(5) Yin Zin ZL
2-15 无耗均匀长线的特性阻抗 Z0 50 ,终端接负载阻 抗ZL 200,当工作波长 0 10cm时,用 4阻抗变换 器匹配,试求其特性阻抗 Z01及接入的位置 l1 。若用单
支截匹配,试求单支节的长度 l及接入位置 d 。
解:用 4 阻抗变换器匹配:
Z01 Z0ZL 50200 100
2U2i cos z cos t 2
100
2
cos
2
2
cos
t 200o
100 2 cos t 200o 100 2 cos t 20o
UCC' 100
2
cos
2
8
cos
t 200o
100 2 2 cos t 200o 2
100 cos t 200o
加在传输线与负载之间即可。l1 0
~
Z0
Z01
ZL
若用终端短路的单支截匹配器匹配: 4
d 0.176 or0.324 1.76cm或3.24cm
l 0.094 or0.406=0.94cm或4.06cm
YL 0.25 Y1 1 j1.5
Y2 mj1.5
0.176
0.324
2-20 在特性阻抗 Z0 200 的无耗双导线上,测得负载处为
11 0.52+j0.2 1.68-j0.60 0.138 1+j0.7 0.33 70.5o 2.03
12 0.36 2.7 0.084 1+j1.15 0.5 60o 2.95
Yin
2
Zin
ZL
电长度:从 到 顺时针转过的距离
顺时针:从负载向源 逆时针:从源向负载
(1) Yin Zin ZL
则U AA'
2
U2i
cos
2
1 2
1 8
cos
t
2
2 U2i e j2 cos z
2 U2i 100 2
2 U2i
2 2
cos
t
2
100
cos
t 20o
2 20o 180o 200o or 160o
U BB' Re U B z' e jt
Re 2U2i cos z e jt Re 2 U2i e j2 cos z e jt
~
Z0
Z0
Z0
(一)
in
2e j2z'Biblioteka 1 2Z0
1 2
Z0
Z0 Z0
j 2 2 3
e 4
1 3
3
4
(二)
Zin
Z0
1 in 1 in
2Z0
~
Z0
3
1
8
1 2 Z0
4
Zin
Z0
1 2
Z0
Z0
Z0
jtg
2
3
4
1 2
Z0
jtg
3 2
Z0
Z0
1 2
Z0
2Z0
in
z'
Zin Z0 1 Zin Z0 3
100e
j
30o
2
1 8
100e j75o
UC
UBe jz
100e
j
30o
2
1 4
100e j 60o
瞬时值:UAA' Re UAe jt 100cos t 75o
同理: UBB' 100cos t 30o UCC' 100cos t 60o
2-7 如图所示的终端开路线,其特性阻抗为200欧,电源内
电压波节点,其值 U 8V ,电压最大值 U 10V,试
min
max
求负载阻抗ZL 及负载吸收功率 PL 。
~
解:负载处为电压波节点,故该处归一化电阻
r U max 10 1.25 K 1 0.8
Rmin
K
(2-4-20)
U8
r
min
ZL RminZ0 KZ0 0.8 200 160
第二章传输线理论 习题评讲
2-4 设有一同轴线的外导体内直径为23mm,内导体直径
为10mm,求其特性阻抗;若内外导体间填充 r 为2.5的
介质,求其特性阻抗。
解:
传输线特性阻抗计算式
Z0
R jL G jC
在理想或损耗很小情况即R=0,G=0时,Z0
L 0 ln b C 2
L C
对于同轴线,
K
0.2
w
2 Z0
即为负载吸收功率。
or
PL
1 2
U
I
U 2
I 2
2
U min
2
Umin 2
82
0.2 w
ZL
2ZL 2160
1 3
in
z'
1 e j 1
3
3
1
ZL 100
4
1 1
Zin
Z0
1
3 1
100
(二)
Zin
3
Z
2 0
ZL
502 25
100
1
4
in
Zin Zin
Z0 Z0
100 50 100 50
1 3
~ Z0 50 ZL 25
(d) Zin' Z0
ZL Zin' // Z0 12 Z0
Zin
Z0
1 in 1 in
z' z'
(二)Zin
Z0
ZL Z0
Z0 ZL
jtg jtg
z' z'
in
z'
Zin Z0 Zin Z0
(a)
(一)2
100 100
200 200
1 3
~
in
1
e
j 2 2
3 4
3
1 e j3 3
1 3
e j cos j sin
Z0 200
3
1
5
4
Z上 Z下 Z0
~
Z0
ZL Z上 // Z下 // Z0 Z0
Z0
说明主传输线工作在行波状态。
3
in 0
5
Zin Z0
~
Z0
1
Z0
2
Z0
(c)
Z上
Z0
jtg
1
1
4
2
Z下
Z
2 0
ZL
25
~
Z0 50
ZL // 25 25
(一)
Z0 50
2
25 50 25 50
or: r 1 1 ZL Z0
r 1 9 ZL Z0
终端到第一个电压波节点的距离
z' min1
满足:2
2
z' min1
此时
z' min1
0
,则
2

(2-4-16)
2 2 e j2 2 e j 2
1 ZL Z0 9 ZL Z0
ZL 160
由(2-3-27)
Pz
1
U
2 max
ZL 100
3
4
1 1
Zin
200 1
3 1
400
3
(二)Zin
Z0
ZL Z0
Z0 ZL
jtg z' jtg z'
Z0
ZL
Z0
jtg
2
3
4
Z0
ZL
jtg
3 2
Z0Z0 ZL
400
in
z'
Zin Z0 400 200 1 Zin Z0 400 200 3
(b)先求等效负载阻抗 ZL 。
3 0.43-j0.50 1+j1.15 0.264 0.5-j0.58 0.49 110o 2.92
4 0.43+j0.5 1-j1.15 0.237 0.5+j0.58 0.47 111o 2.7
? ? 5 j0.72 j1.38 0.1
1 00
? 6 j0.32 j3.1 0.3 0 1 180o
2-14 均匀无耗线电长度为 l ,终接归一化负载阻抗 ZL ,输 入端的归一化阻抗为Zin ,利用原图求表题2-14中的未知量。
序号 Yin
Zin
l
ZL
r 2 2
1 1+j1.15 0.43-j0.50 0.125 1.95-j1.3 0.49 30o 2.83
2 1-j1.15 0.43+j0.5 0.25 1-j1.15 0.5 60o 2.95
序号 Yin
Zin
l
ZL
r 2 2
7 0.3+j0.68 0.54-j1.24 0.1 5 0.67 0o 5
8 0.2+j0.3 1.5-j2.1 0.3
0.195 0.67 180o 5
9 0.33 3 0.125 0.62+j0.77 0.5 900 3
10 1.25+j0.37 0.72-j0.21 0.25 1.25+j0.37 0.2 450 1.49
2 a
ln b
所以,同轴线特性阻抗为
a
ln b
Z0
a
2
0
ln b a
2
0 60 ln b 50 r 1
0r r a 31.6 r 2.5
2-5 求题2-5图中所示各电路的输入端反射系数in 和输入
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