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微波技术均匀无耗长线的工作状态

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第四节均匀无耗传输线的工作状态

第四节均匀无耗传输线的工作状态

Ui (z) A1
UiL Ui
Ii (z)
U iL Z0
Ui Z0
二、驻波状态(全反射情况)
当终端短路(ZL=0)、开路(ZL=∞)或接纯电抗负载 (ZL=±jXL)时，︱(z)︱=︱L︱=1，终端全反射，沿 线入、反射波叠加形成驻波分布。负载与传输线完全
失配。驻波状态下，︱︱=1，r=∞，K=0。
z
Xin(z)
z长度短路线 的等效电路
0 =0(短路) 串联谐振
0~l/4 >0(感性) 电 感
l/4 =±∞(开路) 并联谐振
l/4 ~ <0(容性) 电 容
l/2
l/2 =0 (短路) 串联谐振
沿线每经过l/4，阻抗性质变化一次；每经过
l/2，阻抗重复原有值。
2. 终端开路(ZL=∞)
L 1 e j0 IL 0 ，U L UiL (1 L ) 2UiL ,
1）沿线电压、电流分布
以上关系代入式(2-4e)得
UI((zz))UjUZ2
cos z
2 sin
0
2Ui2 cos
z j2Ii2 sin
z
z
UiL IiLZ0
电压、电流瞬时表达式为：
u( z, t )
2 U i 2
cos
z
cos(
t
2)
i( z, t )
2
Ii 2
sin
z cos(
z
得
(2 4e)
U (z) j2UiLsin z I(z) 2IiL cos z
设UiL Ui e j 2， 则电压、电流瞬时表达式为：
u( z, t )
2 U i
sin

微波技术均匀无耗长线的工作状态(续读)

微波技术均匀无耗长线的工作状态(续读)
推动微波技术发展
均匀无耗长线作为微波技术的重要组 成部分，其性能的提升将直接推动微 波技术的发展和应用拓展。
要点二
促进相关行业创新
均匀无耗长线的应用不仅局限于通信 领域，还可应用于雷达、电子对抗、 医疗电子等多个行业。其性能的提升 将为这些行业带来更高的工作效率和 更好的用户体验，推动相关行业的创 新和发展。
进行实验测量
根据实验需求，选择适当的传输线类型和 参数，如长度、特性阻抗等。
按照实验方案，对传输线的各项性能指标 进行测量，如插入损耗、回波损耗、驻波 比等。
数据采集、处理和分析方法
数据采集
使用专业测量设备对传输线的性能指标进行数据 采集，确保数据的准确性和可靠性。
数据分析
采用统计分析、时域分析、频域分析等方法对处 理后的数据进行分析，提取有用信息。
ABCD
数据处理
对采集到的数据进行预处理，如去噪、平滑等， 以便后续分析。
结果展示
将分析结果以图表、曲线等形式进行可视化展示， 便于观察和理解。
结果展示与性能评估指标
结果展示
通过实验测量和分析，得到传输线的各 项性能指标数据，并将其以图表形式展
示出来。
对比分析
将实验结果与理论值或其他传输线进 行对比分析，进一步验证微波技术均
微波技术均匀无耗长线的工作状态 (续读)
contents
目录
• 引言 • 均匀无耗长线基本理论 • 均匀无耗长线工作状态分析 • 微波技术在均匀无耗长线中应用 • 实验验证与性能评估 • 总结与展望
01 引言
微波技术概述
微波技术定义
微波技术是一种研究微波的产生、传输、放大、辐射、接收和测 量等问题的科学技术。
要点三

微波技术 期末考试试卷

微波技术 期末考试试卷

北京航空航天大学2006～2007学年第一学期微波技术期末考试试卷（A）标准答案及评分标准一、简答题（每小题3分）1、如何判断长线和短线？答：长线是传输线几何长度l与工作波长λ可以相比拟的传输线（1.5分），（必须考虑波在传输中的相位变化效应），短线是几何长度l与工作波长λ相比可以忽略不计的传输线（1.5分）。

（界限可以认为是/0.05lλ≥）。

2、何谓分布参数电路？何谓集总参数电路？答：集总参数电路由集总参数元件组成，连接元件的导线没有分布参数效应，导线沿线电压、电流的大小与相位与空间位置无关（1.5分）。

分布参数电路中，沿传输线电压、电流的大小与相位随空间位置变化，传输线存在分布参数效应（1.5分）。

3、何谓色散传输线？对色散传输线和非色散传输线各举一个例子。

答：支持色散模式传输的传输线，（0.5分）色散模式是传输速度（相速与群速）随频率不同而不同的模式（0.5分）。

支持非色散模式传输的传输线（0.5分），非色散模式是传输速度（相速与群速）不随频率而改变的模式。

（0.5分）色散模式传输线：波导（0.5分）非色散模式传输线：同轴，平行双导体，微带。

（0.5分）4、均匀无耗长线有几种工作状态？条件是什么？答：均匀无耗长线有三种工作状态，分别是驻波、行波与行驻波。

（1.5分）驻波：传输线终端开路、短路或接纯电抗；（0.5分）行波：半无限长传输线或终端接负载等于长线特性阻抗；（0.5分）行驻波：传输线终端接除上述负载外的任意负载阻抗；（0.5分）5、什么是波导中的模式简并？矩形波导和圆波导中的简并有什么异同？答：不同模式具有相同的特性（传输）参量叫做模式简并。

（1分）矩形波导中，TE mn与TM mn（m、n均不为零）互为模式简并。

（1分）圆波导的简并有两种，一种是极化简并。

其二是模式简并，（1分）6、 空气填充的矩形波导（宽边尺寸为a ，窄边尺寸为b ）中，要求只传输10H 波型，其条件是什么？答：由于10H 的截止波长2c a λ=，而20H 的截止波长为a ，01H 的截止波长为2b ，若保证10H 单模传输，因此传输条件max (,2)2a b a λ<<（3分）。

微波技术基础1.4 均匀无耗传输线的工作状态

微波技术基础1.4 均匀无耗传输线的工作状态
3. 终端接纯电抗性负载
传输特性（参见图1-12和图1-13)： • 把一段短路线或开路线接在原来传输线的终端（即 ±jXι 的位置），从而构成了一个包含该线段在内 的、终端短路或开路的传输线。
• 画出新构成的短路或开路线的电压和电流幅值，以 及输入阻抗的分布图。
• 抹掉所接短路或开路线，剩下的便是传输线终端接 有纯电抗负载时的图形。 纯驻波
u(z,t) Re[U (z)e j t ] 2U (0) cos z cos(t 0)
i(
z,
t
)
Re[I
(
z)e
j
t
]
2
I
(0)
sin
z
cos(t
0
2
)
2. 终端开路
§1.4 均匀无耗传输线的工作状态
将瞬时值形式也写成入射波和反射波的叠加：
u(z,t) u (z,t) u(z,t)
为了更清楚了解纯驻波形成，将U(z)和I(z)写成入射波和反射 波叠加的形式：
U (z) Ul (e j z e j z ) U (z) U (z) 2
U (0)(e j z e j z ) 2U (0) cos z
(1-85)
I (z) Ul (e j z e j z ) I (z) I (z) 2Zc
Ul 2
cos(t
0
z)
Ul 2
cos(t 0 z)
2 I (0) Zc cosz cos(t 0 )
i(z,t) i (z,t) i(z,t)
Ul 2Zc
cos(t
0
z)
Ul 2Zc
cos(t
0
z)
2
U
(0) Zc

微波技术基础期末试题与答案(一)

微波技术基础期末试题与答案(一)

《微波技术基础》期末试题一与参考答案一、选择填空题（每题 3 分，共30 分）1.下面哪种应用未使用微波（第一章）b（a）雷达（b）调频（FM）广播（c）GSM 移动通信（d）GPS 卫星定位2.长度1m，传输900MHz 信号的传输线是（第二章）b（a）长线和集中参数电路（b）长线和分布参数电路（c）短线和集中参数电路（d）短线和分布参数电路3.下面哪种传输线不能传输TEM 模（第三章）b（a）同轴线（b）矩形波导（c）带状线（d）平行双线4.当矩形波导工作在TE10 模时，下面哪个缝不会影响波的传输（第三章）b5.圆波导中的TE11模横截面的场分布为（第三章）b（a）（b）（c）6.均匀无耗传输线的工作状态有三种，分别为行波、驻波和行驻波。

（第二章）Z L 0L 7.耦合微带线中奇模激励的对称面是 电 壁，偶模激励的对称面是 磁 壁。

（第三章）8.表征微波网络的主要工作参量有阻抗参量、 导纳 参量、 传输 参量、散射参量和 转移参量。

9.衰减器有吸收衰减器、 截止衰减器和 极化衰减器三种。

10.微波谐振器基本参量有 谐振波长 、 固有品质因数 和等效电导衰减器三种。

二、传输线理论工作状态（7 分）（第二章）在特性阻抗Z 0=200Ω的传输线上，测得电压驻波比ρ=2，终端为电压波节点，传输线上电压最大值 U max =10V ，求终端反射系数、负载阻抗和负载上消耗的功率。

解： Γ = ρ -1 = 12ρ +1 3由于终端为电压波节点，因此Γ =- 123由Γ =Z L - Z 0= - 12+ Z 3 可得，Z L =100Ω 负载吸收功率为P 2Z 0 ρ三、Smith 圆图（10 分）（第二章）已知传输线特性阻抗Z 0=75Ω，负载阻抗Z L =75+j100Ω，工作频率为 900MHz ，线长l =0.1m ，试用Smith 圆图求距负载最近的电压波腹点与负载的距离和传输线的输入阻抗Z 0Z L解：由工作频率为900 MHz，可得λ=1 m 3而线长为l=0.3λ1.计算归一化负载阻抗ZL=ZLZ= 1+j1.33在阻抗圆图上找到 A 点。

微波技术均匀无耗长线的工作状态

微波技术均匀无耗长线的工作状态
电压/电流振幅与相位
展示驻波状态下，传输线上各点的电压和电流振 幅及相位的变化情况。
3
能量分布与损耗
分析驻波状态下的能量分布及损耗情况，评估传 输线的性能。
行驻波状态仿真结果展示
行驻波产生条件
探讨行驻波状态的产生条件，如传输线终端反射系数介于0和1之 间时，将产生行驻波。
电压/电流振幅与相位变化
展示行驻波状态下，传输线上各点的电压和电流振幅及相位的变化 情况。
行波状态仿真结果展示
行波传播特性
在行波状态下，电磁波沿传输线向前传播，无明显反射和驻波现 象。
电压/电流分布
展示传输线上各点的电压和电流分布情况，呈现出行波传播时的动 态变化。
传输效率分析
计算行波状态下的传输效率，评估传输线的性能。
驻波状态仿真结果展示
1 2
驻波形成条件
分析驻波状态的形成条件，如传输线终端反射系 数等于1时，将产生驻波。
驻波特性
驻波状态下，传输线上各点电压和电流振幅不相 等，信号传输效率低，且存在较大的信号失真。
行驻波状态
01
行驻波定义
当线上同时存在行波和驻波时，它们叠加形成行驻波。
02
行驻波分布
行驻波在传输线上的分布介于行波和驻波之间，既有行波的传播特性，
也有驻波的分布特性。
03
行驻波特性
行驻波状态下，传输线上各点电压和电流振幅不相等，信号传输效率和
微波技术均匀无耗长线的工作状态
目录
• 均匀无耗长线基本概念 • 均匀无耗长线工作状态分析 • 均匀无耗长线传输特性 • 均匀无耗长线应用举例 • 均匀无耗长线工作状态仿真分析 • 总结与展望
01 均匀无耗长线基本概念
定义与特点

微波技术均匀无耗长线的工作状态


失配。驻波状态下，︱G︱=1，r=∞，K=0。
(1) 终端短路(ZL=0)
G2

ZL ZL
Z0 Z0
1 e j
U 2 0 Ui2 U r2 Ii2Z0
I2 Ii2 (1 G2 ) 2Ii2
1）沿线电压、电流分布
以上关系式代入式(2-4e)
U (z)
z z
jZ0 ctg
z
j Xin(z) (2 17c)
亦为纯电抗。f 固定时，Zin(z)按余切规律变化，T= /2。
由输入阻抗的等效观点出发， 可将任意长度的
一段开路线等效为相应的等效电路。
z 0 0~l/4 l/4 l/4 ~l/2 l/2
Xin(z) =±∞(开路) <0(容性) =0(短路) >0(感性) =±∞(开路)
Rin (波腹） Z0
r
1
(2 29a)
2. 当 2z -2=(2n+1) (n =0,1,2,…)，即在 z =(2l)/(4) + (2n+1) ·l/4 (2-25a)
处为电压波节点、电流波腹点：
U

I(

min
z) max
Ui2 (1 Ii2 (1
第四节 均匀无耗长线的工作状态
传输线的工作状态是指沿线电压、电流及阻抗 的分布规律。均匀无耗传输线的工作状态分为三种：
(1) 负载无反射的行波状态 ︱G︱=0，r=1，K=1。
(2) 负载全反射的驻波状态 ︱G︱=1，r=∞，K=0。
(3) 负载部分反射的行驻波状态 0<︱G︱<1，1<r<∞，0<K<1。
一、行波状态(无反射情况)

微波技术与天线-第二章传输线理论part3


Microwave Technology and Antenna
2019/9/10
copyright@Duguohong
8
驻波工作状态——终端短路
终端短路
ZL=0，L= -1，ρ→∞
ZL=0 (z)ej2z
U ( z)

I
(z)

j 2 A1 sin z 2 A1 cos z Z0
U I((zz)) IU (z()z)Z A A 1 01e ejjzz U(z)A 1,I(z)Z A 1 0
考虑时间因子ejωt
A1 A1ej0
瞬时表达式
ui((zz,,tt))ZAA101
cos(t cos(t
z0) z0)
Microwave Technology and Antenna
2019/9/10
copyright@Duguohong
13
驻波工作状态——终端短路
沿线的输入阻抗 ZinjZ0tanz
当传输线的位置固定时，该点的输入阻抗也是频率的函数， 将随频率而变化 。
阻抗匹配只能在某个固定的频率上 。
500
Microwave Technology and Antenna
2019/9/10
copyright@Duguohong
19
驻波工作状态——沿线电压、电流
振幅分布的特点：
相邻的波腹和波节点相距/4 ，相邻两个波腹及相邻两个
波节点相距/2 。Umax 2Ui
I 0 min
U 0 min
I max
A1 A1 ej0
U(z)A1 1L22LcosL(2z)
I(z)
A1 Z0

微波技术与天线-均匀无耗长线的工作状态


Z0
Zl jX
l
Z0
Zl jX
l
～
Z0
jXL
～
Z0
-jX
lL
～
Z0
|U| |I|
|U|,|I|
z
0
终端接电感负载时的延长线法
Lc
～
Z0
|U|
|U|,|I|
|I|
z
0
终端接电容负载时的延长线法
传输功率
物理意义：入射波功率与反射波功率之差， 即传输功率等于负载的吸收功率。
1、入射波功率
Pi
1. 电压、电流振幅值沿线不变，且电压和电流同相；
2. 输入阻抗值沿线不变，处处等于特性阻抗，且呈纯阻性；
3. 信号源输入的功率全部被负载吸收，即行波状态最有效地 传输功率。
驻波状态
z p 3p / 4 p / 2 p / 4 0
驻波工作状态特征
传输线终端负载全反射的工
作状态 | u || u | | (z) | 1
| i |max Z0 (1 | l |)
相邻波腹点、U波m节ax点之Z间0 I关ma系x ：
U min Z0 I min
离开负| z载'ma端x 2向z电z'm'm源aaxx方11 |向| 出z4'm现Lin的2第pz 一'min个1 |电 压2p波腹点z|和'mz'i波mn1ax节1点zz'mm位ainx1置1|分4别4p p为：
★ 传输线上电压和电流的 振幅是z’的函数，出现最大值（波腹 点）和零值（波节点）；
★ 传输线上各点的电压和电流在时间上有90o 的相 位差，在空间 上也有λ/4 的相移；
★ 传输线在全驻波状态下没有功率传输。 ★ 输入阻抗是一纯电抗，随z′值不同，传输线可等效为一个电

微波技术基础1.4 均匀无耗传输线的工作状态


Re[U
(z)e
j
t
]
2U
(0)
sin
z
cos(t
0
2
)
(1-77)
i(z,t) Re[I (z)e j t ] 2 I (0) cos z cos(t 0 ) (1-78)
return
1. 终端短路
§1.4 均匀无耗传输线的工作状态
瞬时值形式也可以写成入射波和反射波之和：
u(z,t) u (z,t) u(z,t)
发生全反射的情况有3种:
1. 传输线终端短路； 2. 传输线终端开路； 3. 传输线终端接有纯电抗性（电感性或电容性）负载。
§1.4 均匀无耗传输线的工作状态
1. 终端短路
终端没有接负载，用理想导体把两根传输线连接。叫做短路线。
（1）电压、电流波表示式
将
Zι=0
Uι=0
代入： 得：
U (z) U l cos z jI l Zc sin z
§1.4 均匀无耗传输线的工作状态
3. 终端接纯电抗性负载
反射系数: 驻波比: 行波系数:
|Г(z)|=1 s=∞ K=0
与短路线或开路线的区别：在终端处的反射系数不再是“-1” 或“+1”，而是具有初相角的复数Г(0) ，即
§1.4 均匀无耗传输线的工作状态
1.4.1 行波状态
结论
（1）电压、电流瞬时值同相； （2）传输线上电压、电流幅值不变； （3）电压、电流随时间做简谐振荡(如图),
把信号源的能量不断地传向负载，并被负载所吸收.
u(z,t)
z
t1 o
t2
终端匹配时线上电压分布
|U(z)|
电流分布图类似， 只是幅度不一样.
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z 0
Xin(z)
z长度短路线 的等效电路
=0(短路) 串联谐振
0~l/4 >0(感性)
电 感
l/4 =±∞(开路) 并联谐振
l/4 ~ <0(容性) l/2
电 容
l/2
=0 (短路) 串联谐振 沿线每经过l/4，阻抗性质变化一次；每经过
l/2，阻抗重复原有值。
2. 终端开路(ZL=∞)
G2 1 e U (1 G ) 2U , U I Z 0，U I 2 i2 2 i2 i2 i2 0 2
(U
max
0 )、电流波节点( I 2U i2 min
)。
2）短路线的输入阻抗
Z L jZ0 tg z Z in ( z ) Z 0 jZ0 tg z Z 0 jZ L tg z
j X in ( z ) (2 16c)
为纯电抗。f 固定时，Zin(z)按正切规律变化，T= /2。 由输入阻抗的等效观点出发， 可将任意长度的一段 短路线等效为相应的等效电路。
j0
1）沿线电压、电流分布 以上关系代入式(2-4e)得
( z) U cos z 2U cos z U 2 i2 U 2 sin z I ( z ) j sin z j 2 I i2 Z0
电压、电流瞬时表达式为：
cos z cos( t ) u ( z, t ) 2 U i2 2 (2 17b) sin z cos( t ) i ( z, t ) 2 I i2 2 2 开路时的驻波状态分布规律： ① 沿线电压、电流均为驻波分布。 ② 电压、电流之间在位置或时间上，相位都相差 /2。 ③ 在z=n·(l/2) (n=0,1,2, …)处 ( 含终端 ) 为电压波 ) 、电流波节点( I 0 )。 腹点( U 2U i2
电压、电流瞬时值表达式为(设 A1 A1 e j 0 )：
( z) U Z in ( z ) Z0 ( z ) I
u ( z , t ) ui ( z, t ) A1 cos( t z 0 ) (2 15a) A1 cos( t z 0 ) i ( z , t ) ii ( z , t ) Z0
一、行波状态(无反射情况) 当ZL=Z0 时,G2=(ZL－ Z0)/(ZL＋ Z0)=0； 或传输 线为半无限长时，无反射，只有入射行波。 取z 轴原点在波源、指向负载，则行波状态下， 线上电压、电流复数表达式为
( z) U ( z) A e j z U i 1 A1 j z I ( z ) I i ( z ) Z e 0
( z) A U i 1 U U i2 i
( z) I i
U i2 Z0

U i Z0
二、驻波状态(全反射情况)
当终端短路(ZL=0)、开路(ZL=∞)或接纯电抗负载 (ZL=±jXL)时，︱G(z)︱=︱G2︱=1，终端全反射，沿 线入、反射波叠加形成驻波分布。负载与传输线完全 失配。驻波状态下，︱G︱=1，r=∞，K=0。 (1) 终端短路(ZL=0)
(2 4e)
( z ) j 2U sin z U i2 cos z I ( z ) 2 I i2
j 2 设U i 2 U i e ， 则电压、电流瞬时表达式为：
u ( z, t ) 2 U i sin z cos( t 2 2 ) cos z cos( t ) i ( z, t ) 2 I i 2
短路时的驻波状态分布规律： ①沿线电压、电流均为驻 波分布。 ②电压、电流之间在位置 或时间上，相位都相差/2。 ③在z=n·(l/2) (n=0,1, …) 处 ( 含终端 ) 为电压波节点 0 ) 、电流波腹点 ( U
(2 16b)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
( I
min
max
)。 2I i2
④在z=(2n+1)·(l/4) (n=0,1, …)处为电压波腹点
max min
④ 在z=(2n+1)·(l/4) (n=0,1,2, …) 处为电压波
节点( U
min
0
)、电流波腹点( I
max
)。 2I i2
2）开路线的输入阻抗
Z L jZ0 tg z Z in ( z ) Z 0 jZ0 ctg z Z 0 jZ L tg z
由此可得行波工作状态的特点(如图2-13所示)： (1)︱G︱=0，r=1，K=1，沿线只有入射行波而 无反射波；入射波的能量全部被负载吸收，传输效率 最高。 故称 ZL=Z0 时，负载与传输线匹配。
(2) Zin(z)=Z0 ，为 纯阻。 (3)电压、电流行波 同相，相位(t-z) 沿 传输方向连续滞后。 (4)沿线电压、电流 的振幅恒定不变，
Z L Z0 G2 1 e j Z L Z0 U I Z 0 U U i2 r2 i2 0 2
I (1 G ) 2 I I 2 i2 2 i2
1）沿线电压、电流分布
以上关系式代入式(2-4e)
得
( z) U cos z I j Z sin z U 2 2 0 sin z I ( z ) U 2 j Z I 2 cos z 0
第四节 均匀无耗长线的工作状态
传输线的工作状态是指沿线电压、电流及阻抗 的分布规律。均匀无耗传输线的工作状态分为三种： (1) 负载无反射的行波状态 ︱G︱=0，r=1，K=1。 (2) 负载全反射的驻波状态 ︱G︱=1，r=∞，K=0。 (3) 负载部分反射的行驻波状态 0<︱G︱<1，1<r<∞，0<K<1。