5.1分布参数电路与集总参数电路的区别是什么?答:分布参数电路和集总参数电路的区别是:分布参数电路频率高,波长短可以和电路尺寸想比较,同时电参量随空间变化,电磁波在电路中传输效应很明显,传输线上的电感,电阻和线间的电导都不能忽略,线上各点电位不同,处处有储能和损耗,集总参数电路的频率则比较低,电路尺寸和波长相比较很小,可以认为是一点,电场和磁场可以近似看做只随时间变化,不随导线长度、位置而发生变化。
5.2传输线有哪些特性参量和工作参量?他们是如何定义的?答:传输线的特性参量包括特性阻抗,传播常数,相速和波导波长 特性阻抗:传输线上行波电压与电流之比 传播常数))((1111jwC G jwL R ++=λ相速:行波等波阵面等相位面移动的速度 波导波长:波在一周期内沿线所传播的距离传输线的工作参量包括输入阻抗,反射系数,驻波系数,驻波相位。
输入阻抗:线上任意一点(参考点)的总电压与总电流的比值称为由该点向负载看去的输入阻抗。
反射系数:是传输线上某点反向传播的波(反射波)电压与正向传播的波(入射波)的电压之比称为该点的反射系数。
驻波系数:驻波系数是传输线上电压最大值和电压最小值的比值。
驻波相位(电压驻波比):从负载处沿波源方向到离负载最近的电压最小值处的距离。
5.3 设一段长为L 的有耗传输线,当负载开路()0=IL时,测得输入端阻抗为z 0,当负载端短路)0(=Ul时,测得输入端阻抗为z s ,计算该线的特性阻抗z c 。
解: z th z th ZZ Z Z Z Z lcc lcinγγ++=当0=Zl(短路)Z Z Z z th c in0==γ当∞=Zl(开路)Z Z Z s cin zth ==γ1解之得到ZZ Zsc=5.4 一段终端短路的传输线,线长l=2cm ,工作频率H fz G 31=,H fz G 62=。
试判断输入阻抗分别呈何特性。
若传输线的特性阻抗zc=50Ω,Ω=262)(j l Z ,试求上述两频率下短路线的长度。
解:当H fz G 3=时cm 10=λ πλπβ522==l lπ52tg j z z c in = 感性的当H fz G 6=时cm 5=λ πλπβ542==l lπ54tg j z z c in = 容性的当Ω=256j zin时对于H fz G 3=l tg j j z in 550256π==解得 cm l 2.2= 对于H fz G 6=l tgj j z in 5250256π==解得 cm l 1.1=5.5以知无耗传输线的负载阻抗Ω+=2525j zl,特性阻抗Ω=50z c ,求传输线上的反射系数,驻波系数和距离终端4/λ处的输入阻抗。
解:447.0=+-=Γzz z z cLc L L11731arctan=++-=jj Lϕeel j l j LLl )2()2(117447.0)(ββϕ--==ΓΓ62.211=Γ-Γ+=S)1(50tan tan 2j ll j zz jZ ZZ Z Z Z lc lcc l cin -==++=ββ5.6以知如图所示的同轴传输线电路,工作频率HfzM80=,空气填充部分(A )的特性阻抗zc=50Ω,试求同轴传输线的输入阻抗。
解:在A 段m c A 75.380106=⨯=λ在B 段m c rB 59.280106=⨯=ελΩ===5.341.250'εrc c zz从AB 分界点向负载看去的输入阻抗Ω-=++=74.129.332tan2tan ''''j lj lj Bl cBc l cin z zz z zz λλππ所以总的输入阻抗Ω+=++=38.289.22tan2tan ''j lj lj Ain cAc in cin z zz z z z λλππ可直接用圆图求解。
5.7试分别绘出无耗传输线终端开路,短路和匹配时电压,电流相对振幅沿线的分布图,并列出相应的工作参量。
解:虚线为电流的振幅比 实线为电压振幅比 短路时l tg j z zc inβ= ()el j βπ2-=Γ ∞>-s0min=l开路时l ctg j z zc inβ-= ezj β2-=Γ ∞>-s4min λgl =终端接匹配负载的时候5.8假定无耗传输线负载端的反射系数为ej L 2/5.0π-=Γ,试绘出线上电压,电流相对振幅分布图。
电压电流相对幅度分布图如下:5.9试求如图所示的各无耗传输线电路ab 端的输入阻抗zab。
解:(1) z j zj Z ZZ Z Z Z l cc lcinββtan tan ++==zzc(2)从A 点向右看去z Z Z jZZ Z Z cgl c gcl cin j 22tan 2tan 1=++=λλββzZ Z jZZ Z Z cgin c gcin cinab j =++=4tan 4tan 11λλββ(3)24tan 4tan 111zZ Z jZZ Z Z cgl c gcl cin j =++=λλββ24tan 4tan c 222Z j g l cgcl cin Z ZjZZ Z Z =++=λλββ4/'c L Z Z =4tan tan ''zz Z jZ z ZZ cglcg c lcinabj =++=λλββ(4)z Z Z jZZ Z Z cgl c gcl c in j 22tan 2tan 1=++=λλββz zZc lin 22==zz cl ='zz Z jZz Z Z cgl c gc l cinab j =++=2tan 2tan ''λλββ5.10计算如图所示的无耗传输线电路中个线段上的驻波系数。
解:(1): 对于A 段zz cl=故反射系数0=Γ 111=Γ-Γ+=S对于B 段2zzclB=31-=+-=Γz zz z c lBclB L211=Γ-Γ+=S(2)对于第一段3122=+-=Γzz z z ccc c L 211=Γ-Γ+=S对于第二段0=+-=Γzz z z ccc c L111=Γ-Γ+=Sz Z Z jZZ Z Z cgc c gcc c in j 22tan 2tan 221=++=λλββZ Zc in =2对于第三段zzz z z Z cccc c L 3222=+*=51-=+-=Γz z z z c LcLL5.111=-+=ΓΓLL S5.11计算如图所示的无耗传输线电路三段线中的驻波系数和两负载的功率。
解:zz z z cLc L L+-=ΓΓΓ-+=LL S 11对于第一段31111=+-=Γz zz z cL cL L 211111=-+=ΓΓL L S对于第二段0222=+-=Γz zz z c L cL L111222=-+=ΓΓL L S对于第零段20zz cL =31000=+-=Γz zz z cL cL L211000=-+=ΓΓL L S设传输线输入功率为pin,则主线上的功率为()p ppinin98120=-=Γ两负载平分功率,故()pppp inin941212021=-==Γ5.12 导出(5.10-9a )和(5.10-9b ),并在半径为 2.5cm 的圆内描出5.1,5.0=R ;2,2,5.1,5.1,5.0,5.0---=X 的线族,分别标出,X ,R 的数值。
解:()11+-=+-=Γz z l z zz z cincin 令()νμj l +=Γ jX R z +=带入经过简单整理得到()R R R +⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=+112221νμ()XX 222111=+⎪⎭⎫ ⎝⎛--νμ(圆图略)5.13分别画出阻抗及导纳圆图的示意图,并标明三个特殊点,三个特殊线,两个特殊半圆面以及两个旋转方向。
注意:阻抗圆图和导纳圆图传向负载都是逆时针旋转,传向波源都是顺时针方向。
5.14以知传输线上某一点归一化阻抗8.05.0j Z -=,试用圆图计算(1)由该点向负载方向移动电长度209.0/=λl 处的阻抗;(2)由该点向波源方向移动电长度079.0/=λl 处的阻抗; 解:如图A 点为8.05.0j Z -=,因此(1) 求得由该点向负载方向移动电长度209.0/=λl 处(图中C 点)的阻抗为3.11j z +=(2) 由该点向波源方向移动电长度079.0/=λl 处(图中B 点)的阻抗为j z 24.03.0-=5.15已知传输线特性阻抗zc=50Ω,工作波长λ=10cm 。
今测得S=2,cm l2min=,问负载阻抗?=zl。
解: S=2 ⇒ 13Γ= 直接用圆图求解:从波节线出发,沿 13Γ=逆时针旋转0.2电长度,即为所求。
也可用公式计算:l g L min )1(41=±λϕπ5.16有一特性阻抗zc=50Ω,负载Ω-=6050j zl的传输线电路,用圆图求出驻波系数S=?,驻波相位?min=l以及负载导纳Y l =?解:2.11j z -= 如图:求的2.3=S168.0min=l61065j Y L +=5.17已知特性阻抗zc=100Ω的传输线上驻波系数S=2.5,若负载是一个小于特性阻抗的纯电阻,试求z l ,Y l,lmin,lmax,ϕL以及距离负载端λ/l =0.14处的输入阻抗。
解:S=2.5则 73=Γ 73100100=+-=Γzz LL 由于负载小于特性阻抗 解得,40=zL025.0=YLπϕ=L)1(41min -=πϕL l =0 25.0)12(41max-=-=πϕL l 可见25.0max=lΩ+=++=j ll j jZZZ Z Z Z lcc l cin8080tan tan ββ5.18利用圆图计算下图传输线电路的输入阻抗Zin,图中zl ,=40-j30Ω.解:由如图所示圆图解法得到在a 点向右看的输入阻抗为47.05.01j zin += Ω+=33351j zin于是得到在总的输入阻抗为2.044.0j z in-=Ω-=1022j zin5.19若将空气填充的金属填充的驻面波导中TM 模横行场写成e Ez t tU ∇-=e a H z z z t I ∇⨯-=试由麦氏方程证明U 和I 满足方程I j j dz dU k c )(020εμωω+-=,U j dzdIεω0-=5.20在传输主模的矩形波导cmb a 2016.1286.2⨯=⨯中,AA '右方全部填充6.2=εr的均匀介质,AA '左方入射1w 的功率,工作频率H fz G 10=,求传输到介质的功率。
解:对于矩形波导,其特性阻抗在空气填充的时候⎪⎭⎫ ⎝⎛-=a z z TEMc ab2012λ当填充介质的时候其特性阻抗为 =⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫⎝⎛εελr TEMc r ab a zz 20121⎪⎭⎫ ⎝⎛-a z rTEM ab 202λε从AA '向右看着负载则110324.c cLc cz z zz -==+Γ则传输到介质的功率为w L ppin89.0)1(2=-=Γ5.21在传输主模的矩形空波导中,填入一长为l ,介电常数为εr的均匀介质块,如图。