261U1111200-YYm!一H0766图2.5-4开路线的特性由式(2.5-6)和(2.5-7)可得Z(d).Z(d)=Z(2.5-9)(3)终端接纯电抗负载的无耗线此时Z,=±jX,ITl=1,传输线工作于驻波状态。与短路线和开路线不同的是,此时的I,为一复数,终端不再是电压(或电流)的波节或波腹,而有一定的位移。终端接纯电抗负载情况下沿线电压、电流与阻抗分布情况可以用延长一段小于入/4的短路线或开路线来分析。这种方法叫做延长线段法。如果负载为纯感抗,即Z=jX,则可用一段小于入/4的短璐线来等效此感抗,其长度为1-A(2.5-10a)arctg2元如果负载为纯容抗,即Z,=一jX,则可用一段小于入/4的开路线来等效此容抗,其长度为2(X1e-(2.5-10b)arcctg2元容易画出长度为(1+1。)和(1-1)的短路线和开路线上沿线电压、电流与阻抗分布曲线,然后自终端截去1。。或1后的分布即是终端接纯感抗或纯容抗负载时沿线的电压,电流与阻抗分布情况,如图2.5-5和图2.5-6所示。由图2.5-5和图2.5-6可以看出,接纯电抗负载的无耗线终端,既非电压波腹点也非电压波节点,电压波腹点或电压波节点偏离终端一小段(小于入/4)距离。当负载为纯感抗时,离开终端向电源方向第一个出现的是电压波腹点,当负载为纯容抗时,第一个出现的则是电压波节点
27..10]IUl141I20图2.5-5端接纯感抗的电压、电流与阻抗分布图2.5-6端接纯容抗的电压、电流与阻抗分布由上面的分析可知,当无耗线终端短路、开路或接纯电抗负载时,将产生全反射形成驻波。驻波的特点是:(1)沿线电压、电流的振幅随位置而不同,具有波节点(零值点)和波腹点(入射波的两倍):短路线的终端为电压波节点、电流波腹点;开路线的终端为电压波腹点、电流波节点,端接纯感抗的无粘线,离开终端向电源方向第一个出现的是电压波腹点,端接纯容抗的无耗线,离开终端向电源方向第一个出现的是电压波节点。(2)沿线各点的电压和电流在时间和距离位暨上都有π/2相位差,因此在驻波状态下,线上既无能感损耗,也不传输能量。(3)线上波节点两侧沿线各点电压(或电流)反相,相邻两波节点之间各点电压(或电流)同相。(4)沿线各点的输入阻抗为纯电抗。3.行驻波状态(部分反射情况)当传输线终端接-般阻抗时,Z.=R,±jiX,终端反射系数为Z,-Z-R3-2+X?2X,Z-年2-(2)X++ (R *2+x1=1et(2.5-11)其中Ir/=/B-<1V(R+Z)2+X32X, Z.=arctg-R+X-z这表明波在终端要产生部分反射,在线上形成行驻波。此时线上的电压为U(d )=Uteid+FUte-i.d=Ut(1-T:)e34+2,UtcosBd(2.5-12)显然,式中第一项代表行波,第二项代表驻波。这说明此时线上电压既有行波分量也有驻波成分,故为行驻波状态。由式(2.5-12)可以看出,此时线上的行波分量和驻波成分的大小取决于终端反射系数
28为了决定行驻波状态下沿线电压、电流和阻抗分布,在工作波长一定的条件下,我们只需要知道距终端第一个电压节点(或腹点)的位置与驻波腹点和节点的电压、电流值。(1)腹点和节点的大小线上任一点的电压和电流可表示为U(d)-Ut(d)+U-(d)=Utefd(1 +lrle(1-pd)(2.5-13)I(d)=I*(d)+I-(d)-Ite[1 -/rlei(-a)由此可见,当中一2pd=0时将出现电斥腹点,电流节点,且IUmU(1 +[) (2.5-14)I rin=[( -[当Φ-2Bd=-180时将出现电压节点、电流腹点,且IUIm={Ut(1-/rl)(2.5-15)[ Inax=l(1 +I)由式(2.5-14)和(2.5-15)可以得到Z JUlm(2.5-16)[T lmaxIUIm(2.5-17)TITmin由式(2.5-14)和(2.5-15)可以看出,当终端接一般阻抗时,线上电压和电流的腹点的振幅不等于入射波的两倍,节点的振幅不等于零。这是与驻波状态的不同之处。(2)腹点和节点的位置由式(2.5-13)可以看出,离开终端向电源出现的第一个电压腹点和节点的位置分别为:中入du=2 = 4元(2.5-18)入-=da, +^dmini(2.5-19)4元A4电压驻波节点的电长度为daia =1(1+$1n(n=0,1,2,.)(2.5-20)AnT根据驻波电压和电流腹点和节点的大小与第一个电压腹点(或节点)的位置,即可画出行驻波状态下沿线的电压和电流分布。这可分如下四种情况:8. Z,=R,>Z.此种情况下,由式(2.5-11)可知,中,一0°,因面dx,=0。这表明,负载阻抗为大于特性阻抗的纯电阻时,终端为电压腹点,电流节点。其电压和电流振幅分布如图2.5-7(a)所示
29b. Z,=R/<Z,此时由式(2.5-11)可知,中,=元,因而dmax,一入/4。这表明,负载阻抗为小于特性阻抗的纯电阻时,终端为电压节点,电流腹点。其电压和电流振幅分布如图2.5-7(b)所示。ZI=RI<Z.02=R>2e[Ulu1IXXXX不X(a)(b)±14一XeER.ORlUlIUl[2]140(s)(c)图2.5-7端接一般阻抗时沿线电压、电流振幅分布(a)大电阻负载;(b)小电阻负载,(c)感性负规;(d)容性贷载。c. Z,=R,+jX,此时0<中<,于是0<d*<入/4。这表明,负载阻抗为感性阻抗时,离开终端向电源第一个出现的是电压腹点,电流节点。其电压和电流振幅分布如图2.5-7(c)所示。d. Z,=R-iX,此时π<Φ<2元,于是入/4<d<入/2。这表明,负载阻抗为容性阻抗时,离开终端向电源第一个出现的是电压节点、电流腹点。其电压和电流振幅分布如图2.5-7(d)所示。(3)行波系数K和驻波系数P为了描述端接一般阻抗时线上的驻波大小,我们引入行波系数K和驻波系数P。行波系数K定义为线上相邻的节点电压(或电流)与腹点电压(或电流)之比,即IUIminsI ImisK-(2.5-21)TU元mT11mmx以式(2.5-14)和(2.5-15)代入,得到K-1-F(2.5-22)1+rK值的变化范围为0~1。K=0表示线上载驻波,K=1则表示载行波
30驻波系数P定义为线上相邻的腹点电压(或电流)与节点电压(或电流)之比。它等于行波系数的倒数,即-JUma-J1(2.5-23)p=K=TUma=TTms1+E4(2.5-24)1-rp值的变化范围为1~8。p=1表示线上载行波,p=o则表示载驻波。驻波系数P通常指电压驻波系数,义称电压驻波比(VSWR)。由式(2.5-22)和(2.2-24),得到反射系数与行波系数、驻波系数的关系为1-K(2.5-25)I1+K_p-1(2.5-26)p+l反射系数的幅角由式(2.5-20)可求得为中t=4nd...(2.5-27)#±2nm(n=0,1,2,")入(4)阻抗特性由增接一般阻抗时滑线电压和电流分布,可决定其阻抗分布。图2.5-8表示接感性负载时阻抗分布曲线。由图可见,在电压腹点,阻抗为最大且为纯电阻,其值为Rmx=pZ.>Z(2.5-28)ZI=RI+iX酒Hegam警广和T 3+-图2.5-8端接一般阻抗时沿线阻抗分布曲线在电压节点,阻抗为最小也为纯电阻,其值为Rmn=KZ,<Z.(2.5-29)由式(2.5-28)和(2.5-29),得到Rrin·Rm-Z3(2.5-30)