工程电磁场导论第七章

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1、第第 七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波Guided Electromagnetic Wave in Uniform Transmission Line第七章 均匀传输线中的导行电磁波有损耗均匀传输线无损耗均匀传输线的阻抗匹配无损耗传输线的入端阻抗无损耗传输线中波的反射和透射无损耗均匀传输线的传播特性无损耗均匀传输线方程序下 页返 回虑蝴荧售象梭羞段赌芭豁赠迎春着蹋相捐长豆姿缆真涝洋钳婴综每宠酌擅工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波7.0 序Introduction 分布参数电路：当实际电路尺寸与工作波

2、长接近时的电路模型。 传输线作用：引导电磁波，将能量或信息定向地从一点传输到另一点。 传输线种类：平行双线 、同轴电缆 、平行板传输线、金属波导和介质波导等。下 页上 页返 回图7.0.1 分布参数等效电路多钞磺垃哥李空爱讨莲颜佃虽鸿峙贺靴饭苫喝滤寨砂葫贱比盅炮趴伦递讹工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波 均匀传输线：传输线的材料及其物理参数相同，几何尺寸相同，沿传输线周围的媒质相同。TEM 波：波传播的方向上无电场和磁场的分量。 本章要求： 熟练掌握均匀传输线的稳态分析方法；并灵活应用其方法 ，深刻理解电压波和电流波的传播特

3、性 ( 行波、驻波、匹配等 ) ；掌握有损耗传输线的无畸变条件。下 页上 页返 回迪味皿煽精摸找起琅缆翌需脉勋盆落樟堑券添抽牙圆褒唱医岛凭塔沃毖县工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波 7.1 无损耗均匀传输线方程 (Lossless Uniform Transmission Line Equation)结点电流方程回路电压方程 略去dz的二阶无穷小项，传输线方程和下 页上 页返 回图7.1.1 均匀传输线电路模型庙桌剧蒙饥赡牲笛驴痢金煽淖炭堰猴哗薯扶浦论殆盈子幅殿钒密忿殃卑绒工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七

4、章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波从中可得u和 i 的波动方程和式中电压波动方程电流波动方程下 页上 页返 回邀军岭砒汉沦丫嘲厨逊逐厢娶包邵署毖盟醒扰冶肇陋跑靴敛州过多旧握惠工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波7.2 无损耗均匀传输线的传播特性7.2.1 瞬态解 (Instantaneous Solution)通解u+ 入射电压波、 u- 入射电压波；波动方程Propagating Characteristic of Lossless Uniform Transmission Line i+ 反射电流波、 i

5、- 反射电流波。下 页上 页返 回挽秤伎接误配外谅钱掉潘涩扦捎搽偶八辅彩候蓉簿乳游竿肤变椿尔展穗蔓工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波7.2.2 正弦稳态解 (Sinusoidal Steady Solution)方程的解式中 传播常数； 相位常数瞬态形式复数形式下 页上 页返 回朽翠香缎泻枪纽世战馒泌厕拼揍悄远汐汤桔潦集椒褪摘臀鸵恩贝人蹲淌允工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波方程的解特性阻抗 (characteristic impedance)（实数）定义

6、所以下 页上 页返 回雪榆骨址曲涌扰碉揽袒狗哟序陈诽研犁拾剖廷渝纤檄睦背裕茂淤羔新稼杯工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波参数特性阻抗的元参数平行板双平行线同轴电缆下 页上 页返 回设操章狗寿邯姿壹则八影沁虾内慨献追睡雌辨役梢八降低拾目掏镀羞衍蜒工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波无损耗传输线特性阻抗的元参数参数平行板双平行线同轴电缆下 页上 页返 回圈赫辰掩渡利蚕遍侄瓢阮毒统塌迄娘判诀质粥妻沤凭篮铀笼袱蛾赠恤弱钡工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第

7、七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波1. 已知始端 和 将已知条件代入通解解得复常数代入通解图7.2.1 已知始端下 页上 页返 回竟袒妹化庸胡烤念诞劫容菇谨元宁奉椽致糙纂筏瓣怜玉芦丛买句捌罩鲁婶工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波整理后注意： 终端为坐标原点，沿线 z 0下 页上 页返 回熔凭演阶妓筷源剐屡地肺优幌化党燃踊钻哦胁恬蚁菏产硫帜泪芦筒绷境莲工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波2. 已知终端 和 将已知条件代入通解解得复常数代

8、入通解，得到图7.2.2 已知终端下 页上 页返 回呈鸦疆斡断乐商页哎善盂靖透竭嗜君揩塔稼木矩葵蚂吃沛湃聘疤池弄些义工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波3. 传输线任一点处的有功功率传输线无损耗，所以任一点的 P 相同。=入射波功率反射波功率const=下 页上 页返 回久蒙究准遥煽猴袁呼转赡柴残汪埋恬滚幽盅稳蒙十汇臻钮硷蚂旋价攫仟癣工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波7.3 无损耗传输线中波的反射和透射7.3.1 反射系数和透射系数 (Reflection

9、and Transmission Coefficients)1. 负载端反射系数图7.3.1 传输线接负载Reflection and Transmission on Lossless Transmission Line负载端反射系数下 页上 页返 回瓷芬务忧爬奔蛊嚣峨带愈廉撤藻睬墓袜癣日厢噎拥稿灌馅铡著冶挨烈债江工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波2. 沿线任一点反射系数3. 非均匀传输线的反射系数和透射系数反射系数z = 0 处 结论: 无限长均匀无损传输线可等效为 。透射系数图7.3.2 非均匀传输线下 页上 页返 回艰

10、陈衷惰抵却眺泼汽厩鹏郎歹部饿雅禽岩蓉旋艺腆焚号昌卉蜕蒙巨亥灭嵌工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波4. 沿线各点电压、电流表达式下 页上 页返 回殃普脐价笆叉泊彰胺仗眯浑朽柏倒弯乡可多础唤仔耀挫处拟隔煽瞄汪五苗工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波7.3.2 传输线工作状态 (Working States of Transmission Line)2. 行波 当 时， ，S=1, 无反射 (匹配matching )a. 电压波、电流波无反射；b. 电压、电流同相

11、，且沿线振幅为常数。匹配特点1. 驻波比 S定义电压、电流为行波(traveling wave)下 页上 页返 回肆志行缚跌侗蔫珍拼莽庭孽揣掌斩拐蟹岩蛾字巡坪掏绣癣颊喝稗薛告祈旷工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波3. 驻波如 （开路）， ，则当即，当 时， , 发生全反射电压波、电流波为驻波。下 页上 页返 回（短路）（开路）（纯电抗）头颧长望的琵芬瓜舌罕瘸莎镀饵介茫滞碟撞迹箍妹有癸黎理侨仍翘葬议擅工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波电压波腹，电流波节c）时

12、间相位差 90，无能量传播，电能与磁能在 空间相互转换。b）当 ，驻波特点电压波节，电流波腹a）无波动性。当 ，下 页上 页返 回宰琳船醒呼赛火紊先鲍挠尚截阿骚厕染奎玉蛾肾叹啦莽放闯吟棠征赣措映工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波4. 行驻波= 行波 + 驻波当 时, ，部分电磁波反射电压波、电流波为行驻波。下 页上 页返 回粟净郧脐贵冈赂奋旱气脏寂覆拴聘堡朽篇匆猩掠侥柑纷易吕核祝箭叉掏庚工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波思路及（2）根据和求 例7.3.1

13、已知传输线特性阻抗及电磁波波长，测量可 得，试求负载 。或解 （1）下 页上 页返 回巡碗栓喷拉媚进疯矮庚香厦嗽犀搂听悸脾棠噪蹭袁众四霞唾狗脯滥喘磺宦工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波（b）当 时，终端离 最近的位置为(3) 由 得到注意： 坐标原点位于负载端，故坐标 z 0.（a）当 时, 终端离 最近的位置为下 页上 页返 回有般考纳径栈袒哼读谱结劣易狙慧锻态门糜联哈亮美呀父叛弗俺参秧政电工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波7.4 无损耗传输线的入端阻抗

14、7.4.1 入端阻抗 (Input Impedance)7.4.1 入端阻抗Lossless Transmission Lines Input Impedance定义a,b端阻抗 每隔 重复出现一次，即下 页上 页返 回老昌勘避干咋线咖胰奖将通渡攘洪霓林掏柒佰邯李籍芥驻候搏敖吸漾漆旧工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波7.4.2 不同负载下 的变化规律1. 终端匹配 特点( Zi s Characteristic Under Different Loads ) 沿线各点入端阻抗等于特性阻抗；b）c）负载吸收最大功率 。a） 行

15、波 ; 下 页上 页返 回菜亲序汾蕴铰供币挺激齿恨臣件僳陡砚护魏牧馋儒锑贮辆丑双噬辐醚挪约工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波2. 终端短路 结论：用 的无损短路线等效替代一个电感。特点 ，全反射; 驻波; 提问：离终端最近处发生电压最大值，还是最小值？感性容性下 页上 页返 回图7.4.2 终端短路线Zi 图7.4.3 等效电感院鹊征陌冷苑眺巍瞅径霓抢魄套姚仓望裕努夕弄侣烽丘割裔辑展嘶视给悸工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波3. 终端开路 结论： 用 的无

16、损耗开路线可以替代一个电容。特点， ， ，全反射，驻波； 容性感性 提问： 离终端最近处发生电流最小值，还是最大值？下 页上 页返 回图7.4.4 终端开路线Zi 图7.4.5 等效电容柿逆版蔓辰似返店序郡访冠鞭焦鹿屹溪甜吼烟爵娶烈餐刁汤坪都臭搪赖念工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波4. 终端为纯电抗负载5. 终端为电阻负载 终端( z = 0 )当 当 电流极值。特点：, 全反射，驻波；终端非电压、和电流的极值。特点:, 行驻波，终端是电压下 页上 页返 回联醛募狞宾私味沸邱醋乓币涨文滴箔侩瓶整诛炬惠丘膨坛卧橱击波但怒言工

17、程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波7.5 无损耗均匀传输线的阻抗匹配当 ，即 时，线路匹配。 1. ZL=R, 接入 无损线可实现线路阻抗匹配，Impedance Matched of Lossless Transmission Line7.5.1 阻抗变换器( Impedance Transformer)图7.5.1 阻抗变换器下 页上 页返 回以喳蜀芹曰鸽蛊摘郁戍绦碧霓吼叙欢早悉罩葛犬身宋宿丹罐迈崖乃窿清笑工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波2. 负载为任

18、意阻抗 从终端沿线找到第一个电压极值点 z0 ，此时 z0处的入端阻抗为图7.5.2 阻抗变换器 接入 无损耗线，且 ，便可实现阻抗匹配。下 页上 页返 回花挠小翁泣植庇丈搅颇偶棋瘪翌晓萧拙淋度妒袍笺短枯抓烦扔巍年名碟手工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波7.5.2 单短截线变换器 (Stub Line Transformer)（纯电抗）令 解得 l1 ，同时得到 B1，再令解得 l2，实现线路匹配。匹配条件思路选择 l1 和 l2图7.5.3 单短截线变换器下 页上 页返 回座游撒方祟甲叶韦众剃容微匀磐荡呼阶雁谴钡吟周歉没饲

19、秉阿晾贵瞥库诽工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波7.6 有损耗均匀传输线传播常数电磁波可近似为 TEM 波，电压、电流波动方程为 Loss Uniform Transmission Line7.6.1 有损耗均匀传输线的方程及其解（Equation and Solution of Loss Uniform Transmission Line)下 页上 页返 回图7.6.1 有损耗均匀传输线等效电路粕够困凌窍遭虱吝崭箱坊铱滴娩娠寻托帛暗役趾恳存施瘤涵蕴换砌调卿存工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七 章章均匀传输线

20、中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波通解a）电压、电流为减幅波，沿线能量衰减；特性阻抗（复数）传播特性：下 页上 页返 回b）波速与频率有关，为色散波，引起信号失真；c）特性阻抗为复数，难以实现阻抗匹配。阀枫唇忽番仰醉谱麓焰胸核粕的沾毁昼浓烩赔虾靶损陛个涅带巫墟颠鄂坐工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波7.6.2 均匀传输线的参数 (Uniform Transmission Lines Parameters)特性阻抗传播常数结论：低损耗线可近似为无损耗线，传播特性相似。 振幅畸变； 相位畸变信号失真下 页上 页返 回在低损耗传输线中淑职不摄勘亡勇盖信烘沏夯鸽仟雏备缔伊舷悲赫五堂看隋炒僚氟泥蘸擞扇工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章第第 七七 章章均匀传输线中的导行电磁波均匀传输线中的导行电磁波7.6.3 无畸变传输线 (Distortionless Transmission Line)1. 采用无损耗或低损耗传输线2. 采用满足无畸变条件 的有损耗传输线两种方法： 无损耗线一定是无畸变线， 无畸变线不一定是无损耗线。信号无畸变的条件是 a , 不是频率的函数。此时上 页返 回逊侄轿艰虱钟氰五劳盯塘芒柞挥企聂唬怂屿煎孺积状抓啄衡望晃矽鼓搁逢工程电磁场导论第七章工程电磁场导论第七章