I(Z)?A1erZ?B1e?rZ (9)
??边界条件:Z?0时,I?I2,U?U2
将边界条件代入(9)得: U2?A1?B1 I(A1?B1)2?? 得: A11?2(U2??I2)
B11?2(U2??I2)
将(11)代入(9)得:
U(Z)?(U2??I2)U2??I2)2erZ?(2e?rZ
I(Z)?1?(U2?I2?)?I2?)??2erZ?(U2?rZ?2e??? 即:
U(Z)?U2rZ2(e?e?rZ)??I22(erZ?e?rZ)
I(Z)?U2(erZ?rZrZ?rZ2??e)?I22(e?e) 又
rZ?rZchrZ?e?e2 shrZ?erZ?e?rZ2
所以
10)
11)
(12)
(13)((
U(Z)?U22U2chrZ??I22I22shrZ
I(Z)?2?shrZ?chrZ (14)
由(14)知知道传输线终端电压和电流,能求出长线上任一点电压及电流。
关于r的讨论
r定义为传播常数,一般为复数;可表示为:
r?Z0Y0?(R0?j?L0)(G0?j?C0)???j?
其中?为衰减常数,表示行波每经过单位长度后振幅的衰减倍数,单位为分贝/米(dB/m),虚部?为相移常数,表示行波每经过单位长度
/m后相位滞后的弧度。,单位为弧度/米(rad对于低耗传输线,一般满足R0r?j?L0C0)
???L0,G0???C0
RG????1?(0)1?(0)j?L0?j?C0???????
?j?
?j?RG????L0C01?01?02j?L0?2j?C0???????L0C0?RG??(0)C0L0?(022??L0)?C0?
由此可得:
??(R02)C0L0?(G02)L0C0
???L0C0
衰减常数是由传输线的导体电阻损耗ac和填充介质的漏电损耗ad两部分组成,对于无耗传输线R0?0G0,
?0,则有??0,???L0C0
由上面分析,它的瞬时电压和电流分别表示为:
U(Z,t)?A1e?Zsin(?t??Z)?B1e??Zsin(?t??Z)
UI(Z,t)?(2?)e?ZUsin(?t??Z)?(2?)e??Zsin(?t??Z)
其中
A1e?Zsin(?t??Z)为入射波电压
U(2?)e??Zsin(?t??Z)为反射波电压
特性阻抗
定义为传输线上入射电压Ui(Z)与入射电流Ii(Z)之比,或反射电压UZ(Z)与反射电流IZ(Z)之比的负值,即:
Z0?Ui(Z)Ii(Z)??UZ(Z)IZ(Z)?(R0?j?L0)(G0?j?C0)
一般情况下,特性阻抗与频率有关,为复数。对于无耗传输线:
Z0?L0C0
对于微波传输线,也可以近似等于上式。 传输线的输入阻抗
当终端电压、电流决定后,不同的长度传输线,故有不同的输入阻抗或等效阻抗为:
Zin(Z)?U(Z)I(Z)??ZH??tg?Z??ZHtg?Z
反射系数定义和公式表示
传输线上任一点位置Z,反射波电压或电流与入射波电压或电流之比,称为反射系数,即电压反射系数PU(Z)或电流反射系数Pi(Z)。
PU(Z)?U(Z)U(Z)???(U(U22?I2?)e?j?Z?I2?)ej?Z?UU22?I2??I2??ZH??ZH??e?j?Z?Te?j?Z
如果终端Z处为零时
PU(Z)?ZH??ZH??ej?Z
电流反射系数:
Pi(Z)?I(Z)I(Z)???ZH??ZH??ej?Z
Pi(Z)??PU(Z)
传输线上任一点处的电压反射系数与电流反射系数大小相等,相位相反。传输线上的任一点处的反射系数为复数,其模等于终端反射系数的模,相位比终端反射系数滞后2?Z。
驻波比与反射系数的关系
PU?(??1)(??1)
传输线匹配问题
ρ b a λ/4
Zin ZH=RH
ρ1 λ/4波长匹配段 RH终端负载线电阻 ρ传输线特性阻抗 ρ1加粗段特性阻抗
要求Zin=ρ,λ/4线段a、b之间为匹配传输线
?Z?2??,?4??2
所以:
)2?12Zin??1????1?jRHtg?Z??jRHtg?ZRHRH?j?1tg?ZRH?j?tg(?
即:?1?ZinRH
说明a,b上的输入阻抗是ρ1的函数,只要改变ρ1就可得到不同的值,例如,RH阻抗?1?ZinR2H??,要得到匹配,任取一段λ/4的传输线使它的
,在特性阻抗等于ρ的线段终端a,b所接的负载
2Zin??1/RH?(Zin?)/RH??