第2章金屬傳輸線理論

第2章金屬傳輸線理論第一頁，共119頁。本章要點(diǎn)金屬傳輸線分類（TEM波，TE、TM波）、使用頻段和用途傳輸線的長線和短線，集總與分布參數(shù)（一次參數(shù)）概念以及物理意義均勻傳輸線的方程推導(dǎo)思路，其穩(wěn)態(tài)解的分析均勻傳輸線的二次參數(shù)γ、α、β和Zc的物理意義,在不同頻率下的特性相速度和群速度概念及區(qū)別傳輸線（對(duì)稱電纜線）的特性阻抗ZC匹配、失配狀態(tài)串音、串音衰減和串音防衛(wèi)度定義，物理意義第二頁，共119頁。

第二章金屬傳輸線理論

§2.1常用傳輸線及其應(yīng)用2.1.1傳輸線的定義廣義：能夠引導(dǎo)電磁波能量沿著一定方向傳輸?shù)慕橘|(zhì)。狹義：一種線狀結(jié)構(gòu)的介質(zhì)，且其橫向尺寸遠(yuǎn)小于工作波長金屬傳輸線要求？ 傳輸效率要盡可能高即傳輸損耗要盡可能小、帶寬要盡可能寬、工作特性穩(wěn)定、成本低。第三頁，共119頁。金屬傳輸線在不同頻率范圍內(nèi)使用時(shí)，其傳輸特性不同，需要分別采用不同種類的傳輸線來適應(yīng)不同場合。任何一種傳輸線，其信號(hào)能量的傳播都是以電磁波的形式進(jìn)行的。電磁波的波型又稱為模式，是指能夠獨(dú)立存在的一種電磁波分布或電磁場結(jié)構(gòu)。第四頁，共119頁。平面波的電磁波型分類：TE波：橫電波，這種波的Ez=0，其電場分量都在橫截面上，但有Hz≠0。TM波：橫磁波，這種波的Hz=0，其磁場分量都在橫截面上，但有Ez≠0。TEM波：橫電磁波，即無Ez分量又無Hz分量。電場、磁場分量都在橫截面上。第五頁，共119頁。2.1.2金屬傳輸線分類、使用頻段和用途

按傳輸導(dǎo)行電磁波（導(dǎo)波）分類：1.TEM模(波)(含準(zhǔn)TEM模傳輸線)金屬傳輸線有平行雙導(dǎo)線、同軸線、微帶傳輸線等。如圖2.1所示.第六頁，共119頁。金屬傳輸線的種類:

(a)平行雙導(dǎo)線，(b)同軸線(c)帶狀線，(d)微帶

(e)矩形波導(dǎo)(f）圓形波導(dǎo)，（g）脊形波導(dǎo)，（h）橢圓波導(dǎo)第七頁，共119頁。（1）平行雙導(dǎo)線是最簡單的TEM波線平行雙導(dǎo)線特點(diǎn)：隨著傳輸TEM波的頻率增高時(shí)，輻射損耗會(huì)急劇增加。該傳輸線只適合于千米波、米波的低頻段。（2）同軸線：可消除電磁輻射，用于分米波的高頻段至10厘米波段。主要優(yōu)點(diǎn)是工作頻帶寬，適合頻帶較寬的信號(hào)傳送。（也傳輸TE、TM波）第八頁，共119頁。（3）帶狀線：由雙接地板中間夾有一導(dǎo)體帶構(gòu)成，導(dǎo)體帶與雙接地板之間是固體介質(zhì)或空氣。帶狀線可以看成由同軸線演變而來，適合做1GHz以上的高性能無源帶狀元件，如濾波器、耦合器等。同軸線到帶狀線的演變

第九頁，共119頁。（4）微帶傳輸線：是微波集成電路的主要組成部分，微帶線它由介質(zhì)基片上的導(dǎo)體帶與底面上金屬接地板構(gòu)成。它也可以看成由平行雙導(dǎo)線演變而來。廣泛用于1GHz以上制作各種集成微波元器件。平行雙導(dǎo)線向微帶的演變

第十頁，共119頁。2.傳輸TE模(波)和TM模(波)的

金屬波導(dǎo)傳輸線傳輸線有：矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)、橢圓波導(dǎo)、脊形波導(dǎo)等特點(diǎn):金屬波導(dǎo)傳輸線是將電磁波束縛在管內(nèi)傳輸?shù)摹＿m用于高頻（厘米、分米波段）傳輸?shù)谑豁摚?19頁。金屬波導(dǎo)作為傳輸線:因電磁波全封閉金屬波導(dǎo)管內(nèi)，則其輻射極微。因波導(dǎo)是空心的沒有內(nèi)導(dǎo)體，波導(dǎo)的擊穿強(qiáng)度很高，可傳大功率微波信號(hào)。波導(dǎo)壁面積大，高頻電流的趨表面熱損耗小。第十二頁，共119頁。在平行雙導(dǎo)線中傳輸?shù)男胁▽儆赥EM波，而在金屬波導(dǎo)中不存在TEM波，只需討論TE、TM波。同軸線對(duì)在低頻時(shí)傳輸?shù)牟ㄊ荰EM波，在高頻時(shí)既有TEM波又有TE和TM波。帶狀線、微帶線傳輸?shù)闹髂Ｊ荰EM波，同樣還有TE、TM波存在。本章主要討論平行雙導(dǎo)線和同軸線的傳輸特性。第十三頁，共119頁。自學(xué)2.1.2——2.1.4了解各種電纜的基本特點(diǎn)和簡單應(yīng)用。理解幾種應(yīng)用的結(jié)構(gòu)圖。第十四頁，共119頁?！?.2傳輸線常用分析方法及電參數(shù)2.2.1分析方法的討論分析電信號(hào)沿傳輸線中行進(jìn)的傳輸特性時(shí)，通常有兩種方法可供使用：電路分析理論電磁場理論第十五頁，共119頁。電路分析理論法，指的是把傳播電信號(hào)的傳輸線看成是由一系列的電阻R、電感L、電容C和電導(dǎo)G串、并聯(lián)等效電路組成的。通過基爾霍夫定律可較準(zhǔn)確地列出傳輸線上任意一點(diǎn)的V和I的表達(dá)式。分析方法易于理解在頻率較低的情況下，結(jié)論能滿足工程上的要求。

第十六頁，共119頁。電磁場理論分析法通過麥克斯韋方程和邊界條件嚴(yán)密分析，可得到E、H的表達(dá)式，從中推斷出信號(hào)沿波導(dǎo)傳輸?shù)囊?guī)律。

第十七頁，共119頁。2.2.2長線與短線的概念長線與短線是傳輸線的幾何長度相對(duì)于工作波長段中最小的波長λmin而言的。若L≥λmin/100則稱為長線工作狀態(tài)，主要考慮分布參數(shù)。若L≤λmin/100則稱為短線工作狀態(tài)，主要考慮集總參數(shù)。第十八頁，共119頁。長線并不意味著傳輸線的幾何長度L很長。若工作在微米波段時(shí)，傳輸線長度為分米時(shí)，即可稱為長線。相反，輸送市電的電力線,其工作頻率為50Hz，相當(dāng)于波長為6000千米,即使傳輸線長度幾千米以上,仍然不能稱為長線。

第十九頁，共119頁。為什么要定義長線和短線？！第二十頁，共119頁。2.2.3集總參數(shù)與分布參數(shù)電路理論

1.集總參數(shù)電路理論

一個(gè)工作在低頻的傳輸線，可以認(rèn)為傳輸線上所有的電場能集中在一個(gè)電容器C中，磁場能集中在一個(gè)電感器L中，把消耗的電磁能量集中在一個(gè)電阻元件R和一個(gè)電導(dǎo)元件G上，除了集總電容、電感和電阻外，其余的連接導(dǎo)線都是理想連接線。故只有集總參數(shù)。

收L<<λRLGCRL

RcRc發(fā)發(fā)RL

收L<<λ第二十一頁，共119頁。傳輸線的傳輸特性就由集總參數(shù)元件決定。由于傳輸線工作在“短線”狀態(tài)，在穩(wěn)態(tài)工作情況下，可認(rèn)為沿傳輸線各點(diǎn)的電壓電流是同時(shí)建立的。因此沿傳輸線上的電壓、電流大小和相位與傳輸線上各點(diǎn)的空間位置無關(guān)，從而有：

第二十二頁，共119頁。2.分布參數(shù)工作在高頻率的傳輸線，相當(dāng)于長線狀態(tài)，傳輸線上電壓、電流不僅隨時(shí)間變化而且還和傳輸線的長度變化有關(guān)。因此沿傳輸線上的電壓、電流表達(dá)式要用偏微分方程來表示，主要考慮分布參數(shù)。把傳輸線單位長度上的電阻、電感、電容、電導(dǎo)分別稱為分布電阻R1、分布電感L1、分布電容C1、分布電導(dǎo)G1，并統(tǒng)稱為傳輸線的分布參數(shù)。為什么要引入分布參數(shù)？？？第二十三頁，共119頁。分布參數(shù)與傳輸線結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系電容值的確定互相絕緣的平行雙導(dǎo)線是電容器的兩個(gè)極板，線路的直徑d越大，兩導(dǎo)線間距D越近，線路越長時(shí)，電容量越大，與傳輸信號(hào)的頻率、電壓和電流的值無關(guān)電阻、電感和電導(dǎo)都是頻率及導(dǎo)線間的距離D和導(dǎo)線直徑d的函數(shù)特別是導(dǎo)線的電阻，頻率越高它就越大，其原因可以用集膚效應(yīng)來解釋。第二十四頁，共119頁。什么叫做“集膚效應(yīng)”現(xiàn)象？ 當(dāng)導(dǎo)線通過交流電流時(shí),在導(dǎo)線的中心處電流密度較小，而表面則增大即電流趨向于沿導(dǎo)線表面流通。導(dǎo)線的頻率越高，其電流趨向于沿導(dǎo)線表面流通這種現(xiàn)象越明顯，頻率相當(dāng)高時(shí)在導(dǎo)線中心層幾乎沒有電流流過，相當(dāng)于減少導(dǎo)線的截面積，使導(dǎo)線電阻增大，而頻率越高，電阻越大。這種現(xiàn)象叫做“集膚效應(yīng)”現(xiàn)象。第二十五頁，共119頁。為什么會(huì)產(chǎn)生集膚效應(yīng)”導(dǎo)線截面上的磁場 當(dāng)電流通過導(dǎo)線時(shí)，在導(dǎo)線的內(nèi)部及其周圍，就要產(chǎn)生磁場，見圖A所示。通過電流是變化的，磁通將隨電流變化而變化。任何磁通變化在導(dǎo)體內(nèi)部都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)反電動(dòng)勢。這種反電動(dòng)勢作用方向與外部信號(hào)源的電動(dòng)勢方向相反，它阻礙導(dǎo)線內(nèi)交流電流的流通，所以它會(huì)減小導(dǎo)線內(nèi)的電流。第二十六頁，共119頁。

在導(dǎo)體截面的各同心層處，感應(yīng)電動(dòng)勢也不同的，離導(dǎo)線的中心愈近，則圍繞這一層的磁力線的數(shù)量也越多，因而在這一層內(nèi)所感應(yīng)的反電動(dòng)勢也愈高。

流過導(dǎo)線的信號(hào)電流頻率越高時(shí)，磁通的變化速度也就越快，因此，導(dǎo)線內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢也越高。在這種情況下，導(dǎo)線中心沒有電流的范圍也就越大。這就是產(chǎn)生“集膚效應(yīng)”的原理。第二十七頁，共119頁。表2-1雙導(dǎo)線和同軸線的分布參數(shù)

（σ=1/ρ）

第二十八頁，共119頁。平行雙導(dǎo)線一次參數(shù)與f、D、d的關(guān)系

（a）一次參數(shù)與D關(guān)系(b)一次參數(shù)與頻率f關(guān)系(c)一次參數(shù)與直徑d關(guān)系第二十九頁，共119頁。同軸線一次參數(shù)與f、b/a的變化關(guān)系

第三十頁，共119頁?！?.3均勻傳輸線方程及其穩(wěn)態(tài)解根據(jù)目前金屬傳輸線所傳輸?shù)男畔⑷萘浚瑐鬏斁€幾乎處于“長線”狀態(tài)，多采用分布參數(shù)電路理論那么應(yīng)該如何對(duì)長線進(jìn)行分析？？？第三十一頁，共119頁。將整個(gè)傳輸線看成由許多尺寸極短的集總參數(shù)電路連接而成的，其中每個(gè)“小電路”為集總參數(shù)電路單元并遵循基爾霍夫定律，但在同一瞬間，各個(gè)“小電路”都具有不同的電壓值和電流值，以此去模擬實(shí)際傳輸線，使其更逼近真實(shí)。

第三十二頁，共119頁。為了進(jìn)一步分析傳輸線的傳輸特性，首先從傳輸線上任意一點(diǎn)的電流、電壓分布著手，利用傳輸線等效電路，并根據(jù)基爾霍夫定律，列出電壓和電流的表達(dá)式，然后求出其解。第三十三頁，共119頁。（a）微小線元dz的等效電路（b）有耗線的等效電路均勻傳輸線的等效電路第三十四頁，共119頁。2.3.1均勻傳輸線的方程假設(shè)傳輸線的始端連接了一個(gè)角頻率為ω的正弦信號(hào)源，且其電壓和電流隨時(shí)間作簡諧變化。此時(shí)傳輸線上電壓和電流的瞬時(shí)值為u（z,t）和i（z,t），則有式(2-1)中U(z)和I(z)分別為傳輸線上z處電壓、電流的復(fù)有效值，它們僅是距離z的函數(shù)。第三十五頁，共119頁。2.3.1均勻傳輸線的方程再設(shè)t時(shí)刻在位置z處A點(diǎn)的輸入電壓和電流分別為u(z,t)和i(z,t)，z+dz處B點(diǎn)的輸出電壓和電流分別為u(z+dz,t)和i(z+dz,t)。對(duì)于等效電路，可以看成集總參數(shù)電路，應(yīng)用基爾霍夫的A、B兩點(diǎn)間的電壓降和電流定律可得：第三十六頁，共119頁。2.3.1均勻傳輸線的方程式（2-2）既為均勻傳輸線方程,又稱為電報(bào)方程。也即第三十七頁，共119頁。將式(2-1)代入式(2-2),并將U(z)寫為U，I(z)寫為I，得到如下傳輸方程：式(2-3)稱為時(shí)諧形式的傳輸線方程，它描述了均勻傳輸線每個(gè)微分段上電壓和電流的變化規(guī)律，由此方程可以解出線上任意點(diǎn)的電壓和電流以及它們之間的關(guān)系。第三十八頁，共119頁。

表明傳輸線上單位長度的電壓變化量等于單位長度上串聯(lián)阻抗Z1的壓降；傳輸線上單位長度的電流變化量等于單位長度上并聯(lián)導(dǎo)納Y1的分流量。傳輸線上單位長度的串聯(lián)電阻傳輸線上單位長度的并聯(lián)導(dǎo)納令則第三十九頁，共119頁。2.3.2傳輸線方程的解將2.3式兩端對(duì)z再求導(dǎo)得第四十頁，共119頁。令變換后可得2.6式:(2.6）上式稱為均勻傳輸線的波動(dòng)方程二階線性常微分方程式第四十一頁，共119頁。其解為：具有阻抗量綱，稱為傳輸線的特性阻抗。為積分常數(shù),利用邊界條件解出其值

其中γ為傳輸線上波的傳輸常數(shù),實(shí)部α稱為衰減常數(shù),虛部β稱為相移常數(shù).(2.6式)第四十二頁，共119頁。根據(jù)式（2-1）的假設(shè)（即電壓和電流隨時(shí)間做簡諧變化），由式(2-6)可得傳輸線上的電壓和電流瞬時(shí)值為第四十三頁，共119頁。傳輸線上電壓和電流是以波的形式傳播的任意一點(diǎn)上電壓和電流均由兩部分疊加而成表示沿+z方向傳播的衰減行波(稱為入射波)表示沿-z方向傳播的衰減行波(稱為反射波)傳輸線上的入射波和反射波20150922廣電通信第四十四頁，共119頁。求解積分常數(shù)A1,A2:1、已知終端的電流I2和電壓U2時(shí)的解2、已知始端電壓U1和電流I1時(shí)的解3、已知電源電動(dòng)勢Eg、內(nèi)阻Zg及負(fù)載阻抗ZL時(shí)的解第四十五頁，共119頁。1、已知終端的電流I2和電壓U2時(shí)的解此時(shí)將Z=L,U(L)=U2,I(L)=I2，代入(2.6)式可得：

求解可得：

第四十六頁，共119頁。Z′=L-Z，Z′是由終端為起點(diǎn)的坐標(biāo)

第四十七頁，共119頁。2、已知始端電壓U1和電流I1時(shí)的解此時(shí)Z=0，以及U(0)=U1,I(0)=I1第四十八頁，共119頁。已知電源電動(dòng)勢Eg、內(nèi)阻Zg及負(fù)載阻抗ZL時(shí)的解在z=0處，I(0)=I1，U(0)=Eg-I1Zg；在z=L處，I(L)=I2，U(L)=I2ZL。將這些條件代入式（2-6）可得：第四十九頁，共119頁。即，分別消去I1和I2解得：第五十頁，共119頁。代入式(2-6),即得

式中,是傳輸線始端的電壓反射 系數(shù);是傳輸線終端的電壓反射系數(shù).第五十一頁，共119頁。2.4均勻傳輸線的基本特性參數(shù)二次參數(shù)?二次參數(shù)是指傳輸常數(shù)特性阻抗

2.4.1特性阻抗Zc2.4.1.1Zc的一般公式第五十二頁，共119頁。其中：第五十三頁，共119頁。無損耗傳輸特性阻抗公式：

將代入ZC定義式可得：不同情況下的特性阻抗簡化式第五十四頁，共119頁。直流：音頻：不同情況下的特性阻抗簡化式第五十五頁，共119頁。高頻：可將誤差控制在一定范圍內(nèi)不同情況下的特性阻抗簡化式第五十六頁，共119頁。常見的均勻傳輸線，參數(shù)間的關(guān)系應(yīng)滿足：當(dāng)頻率無限高時(shí),φC趨近于零，｜ZC｜趨近于事實(shí)上，當(dāng)頻率高于30kHz時(shí)，用此式來計(jì)算ZC，已可保證一般工程所需要的精度。

第五十七頁，共119頁。2.4.1.5特性阻抗的幅頻特性和相頻特性1.幅頻特性：幅度隨的變化，如圖所示。f0第五十八頁，共119頁。（a）隨頻率的升高而降低，最大值是直流；（b）當(dāng)頻率無限升高時(shí)，趨近于即第五十九頁，共119頁。2.相頻特性：相位隨的變化在音頻范圍內(nèi)f0處

有負(fù)的最大值3.由于是負(fù)值（零和無窮除外），故傳輸線的特性阻抗一般呈容性。但當(dāng)頻率超過30KHz時(shí)容抗分量所占比重已極小，故可近似認(rèn)為電阻性。

第六十頁，共119頁。4.Zc與輸入電流、電壓關(guān)系傳輸線上的電壓波（或電流波）是沿正向傳播的入射波和沿反向傳播的反射波所構(gòu)成。和分別代表入射的電壓波和電流波,和代表反射的電壓波和電流波。第六十一頁，共119頁。傳輸線上特性阻抗為任一點(diǎn)的電壓入射波和電流入射波的比值。

電壓表示為：

電流表示為：

第六十二頁，共119頁。5.當(dāng)終端負(fù)載時(shí)，傳輸線的工作狀態(tài)

由于有

代入（2.10）式算出傳輸?shù)浇K端的信號(hào)全被吸收了，沒有反射波。任一點(diǎn)上的總電壓和總電流之比都為特性阻抗。第六十三頁，共119頁。2.4.2傳輸常數(shù)γ

(2.29式)如圖2-15所示,考慮回路的始端，即Z’=L時(shí),按(2.20)式，回路始端電壓U1和電流I1為：

：電磁波在傳輸線上的衰減β：電磁波在傳輸線上的相位變化第六十四頁，共119頁?；芈肥级穗妷篣1(或電流I1)和終端電壓U2(或電流I2)之比：

，

因?yàn)樗詫⑸鲜絻蛇吶∽匀粚?duì)數(shù)可得：

第六十五頁，共119頁。（Np/km）

（Np）（rad）（rad/km）如果用功率表示：

（Np）（Np/km）(2.21)第六十六頁，共119頁。上式中U1、I1、p1分別為線路始端的輸入電壓、電流、功率；U2、I2、p2分別為線路終端的輸出電壓、電流、功率。(2.21)式恰好是傳輸網(wǎng)絡(luò)衰減定義式。

傳輸常數(shù)γ這一數(shù)值綜合表征了信號(hào)的電磁波沿均勻匹配線路傳輸時(shí),一個(gè)單位長度回路內(nèi)在幅值和相位上所發(fā)生的變化程度。第六十七頁，共119頁。2.4.2.2傳輸常數(shù)γ的計(jì)算公式第六十八頁，共119頁。可以對(duì)各種雙線回路當(dāng)頻率從零至無窮大時(shí)進(jìn)行計(jì)算，但公式較為復(fù)雜。使用最多的還是在不同頻率范圍內(nèi)，衰減常數(shù)α，相移常數(shù)β的簡化計(jì)算公式。

Np/km

rad/km

第六十九頁，共119頁。(1)無損耗情況

(dB/km)

(rad/km)

可以看出無損耗傳輸線上所傳輸?shù)碾妷翰ɑ螂娏鞑榈确?，其相移與所傳信號(hào)頻率有關(guān)。

第七十頁，共119頁。(2)音頻情況,將此關(guān)系代入前式,可得:=(1+j)

(dB/km)

(rad/km)

于是有

第七十一頁，共119頁。(3)高頻情況,第七十二頁，共119頁。二次傳輸參數(shù)在不同頻率下的計(jì)算公式

第七十三頁，共119頁。雙線傳輸線的α-f和β-f的關(guān)系

第七十四頁，共119頁。α-f曲線第七十五頁，共119頁。β-f曲線第七十六頁，共119頁。例2-1：已知f=2.5MHz時(shí)，同軸電纜回路的一次參數(shù)為R1=65.887/km，電感L1=0.2654mH/km，電導(dǎo)G1=29.83μs/km，電容C1=48nF/km，試確定回路的二次參數(shù)。

第七十七頁，共119頁。2.4.3相速度、群速度的概念（1）相速度Vp：是指單頻信號(hào)沿一個(gè)方向傳輸?shù)男胁?入射波或反射波)前進(jìn)的速度.或單一頻波的等相位（面）點(diǎn)移動(dòng)的速度，記作Vp第七十八頁，共119頁。圖2.7波速示意圖

第七十九頁，共119頁。如上圖所示：經(jīng)這段時(shí)間，波從點(diǎn)移動(dòng)到點(diǎn)，移動(dòng)距離，因此波的傳輸速度是時(shí)點(diǎn)相位時(shí)點(diǎn)相位第八十頁，共119頁。根據(jù)定義p1與p2為同相位點(diǎn)：于是波傳播的相速度對(duì)于高頻而言,

根據(jù)表2-6，對(duì)雙導(dǎo)線和同軸線：第八十一頁，共119頁。（2）群速度Vg任何實(shí)際的沿傳輸線傳播的信號(hào)總由多個(gè)相近頻率成分組成的。故當(dāng)不同頻率的信號(hào)經(jīng)過傳輸線時(shí)，其衰減、相移均不同，信號(hào)到達(dá)的時(shí)間必定有先有后，這就是常說的色散現(xiàn)象。

不同頻率有不同的相速度，其傳輸速度將如何確定？群速度Vg第八十二頁，共119頁。群速度定義：指多頻信號(hào)包絡(luò)上，某一恒定相位點(diǎn)推進(jìn)的速度Vg（能量的傳播速度）

兩者合成波為：第八十三頁，共119頁。合成波示意圖第八十四頁，共119頁。合成波包絡(luò)示意圖第八十五頁，共119頁。合成波的振幅是受調(diào)制的，這個(gè)按余弦變化的調(diào)制波稱為包絡(luò)波。若相位點(diǎn)φ從Z=Z1處經(jīng)△t時(shí)間后傳送到Z=Z1＋△Z處，其相位仍是φ，則可寫成φ=（△ωt-△βZ）=常數(shù)，那么此等相位面移動(dòng)速度由下式?jīng)Q定：第八十六頁，共119頁。由于代表包絡(luò)的傳播速度Vg，故：

第八十七頁，共119頁。第八十八頁，共119頁。§2.5雙線傳輸線的工作狀態(tài)電信傳輸?shù)哪康模赫_地以用戶滿意的質(zhì)量傳送信息，而對(duì)傳送信號(hào)功率大小的要求并非目的。電信傳輸對(duì)傳送效率有要求。第八十九頁，共119頁。在有線電信傳輸中，要求信源內(nèi)阻Zg等于傳輸線的特性阻抗Zc，特性阻抗Zc等于負(fù)載阻抗ZL，這時(shí)負(fù)載就能獲得最大的功率，稱為傳輸線的（負(fù)載）阻抗匹配，此時(shí)傳輸線工作在行波狀態(tài)。當(dāng)傳輸線阻抗匹配或傳輸線為半無限長時(shí)，傳輸線處于行波工作狀態(tài)。2.5.1傳輸線的阻抗匹配第九十頁，共119頁。2.5.1傳輸線的阻抗匹配假如沒有阻抗匹配？出現(xiàn)反射波，意味著傳輸效率降低；出現(xiàn)駐波，若電壓很高，電壓波腹點(diǎn)易出現(xiàn)介質(zhì)擊穿，為避免，則需采用大尺寸和耐壓高的傳輸線，加大投資；電流波腹點(diǎn)電流過大，局部絕緣層易燒壞；輸入阻抗將隨頻率而變化，傳輸多頻率信號(hào)時(shí)，出現(xiàn)失真；從天線向接收機(jī)送電視信號(hào)，部分信號(hào)在傳輸線上來回反射，降低傳輸效率，同時(shí)使圖像輪廓不清。第九十一頁，共119頁。行波狀態(tài)下電壓波和電流波的瞬態(tài)表示式為：

如果傳輸線工作在無損情況下，上式可進(jìn)一步改寫成：第九十二頁，共119頁。第九十三頁，共119頁。處于行波狀態(tài)下的傳輸線其特點(diǎn)如下：①傳輸線上只存在入射波而無反射波，電壓波或電流波均處于純行波狀態(tài)，幅度不變。②電壓波和電流波同相，其值之比（V／I=Zc）為傳輸線的特性阻抗Zc；③由傳輸線任意截面處向終端負(fù)載方向看進(jìn)去的輸入阻抗Z＝Zc；④因沒有反射，始端向終端方向傳輸?shù)墓β剩勘回?fù)載吸收，傳輸效率最高。第九十四頁，共119頁。應(yīng)當(dāng)注意，電信傳輸中的匹配連接，提高了傳輸效率和質(zhì)量，但從發(fā)送功率來說，由于信源內(nèi)部的阻抗和負(fù)載阻抗相等，接收設(shè)備能接收到的最大功率只是發(fā)送信號(hào)功率的一半。第九十五頁，共119頁。ZC≠ZL時(shí)，傳輸線上既有行波，又有駐波，電壓、電流的幅度將隨傳播距離變化而在極大值與極小值之間擺動(dòng)，傳輸效率下降，到達(dá)接收端的信號(hào)失真。全反射：線路上發(fā)生斷線或短路故障，即ZL→∞或ZL=0。當(dāng)電磁波傳輸?shù)浇K端時(shí)，既不能繼續(xù)向前傳播，又沒有負(fù)載吸收能量，于是電磁波只能沿線路由終端向始端回傳，稱為反射，而且是全反射。2.5.2反射和反射損耗第九十六頁，共119頁。入射波與反射波同相第九十七頁，共119頁。入射波與反射波反相第九十八頁，共119頁。如果電磁波為全反射時(shí)，傳輸線上處于駐波工作狀態(tài)。第九十九頁，共119頁。駐波具有特點(diǎn)如下：①駐波是一種簡諧振動(dòng)，非傳輸波，它是由兩個(gè)傳輸方向相反，振幅幅值不變的行波的迭加結(jié)果。②沿線電壓、電流的振幅是位置Z的函數(shù)，具有波腹（峰值）點(diǎn)和波節(jié)點(diǎn)（零值）。短路線的終端為電壓波節(jié)點(diǎn)，但為電流波腹點(diǎn)；開路線終端為電壓波腹點(diǎn)，而電流為波節(jié)點(diǎn)。第一百頁，共119頁。③沿線各點(diǎn)的電壓和電流其相差為π/2。在駐波狀態(tài)下，既沒有能量的損耗，也沒有能量的傳播。④相鄰兩波節(jié)點(diǎn)之間沿線各點(diǎn)的電壓（或電流）同極性，波節(jié)點(diǎn)兩邊沿線各點(diǎn)的電壓（或電流）反極性。第一百零一頁，共119頁。駐波的用途測量波長波節(jié)位置不隨時(shí)間變化，只與波長有關(guān)當(dāng)做電抗元件輸入阻抗呈純電抗性短路線可用來構(gòu)成Q值極高（1000～4000）的諧振回路。λ/2處阻抗為0，λ/4處阻抗為無窮大；開路線在高頻時(shí)電磁能會(huì)從開斷處輻射出去。第一百零二頁，共119頁。若負(fù)載Zc＜ZL＜∞時(shí)，反射情況必定存在，但不會(huì)產(chǎn)生全反射，為了描述不同負(fù)載阻抗下的反射程度，引入了反射系數(shù)。

反射系數(shù)ρ定義為，反射波與入射波之比：

第一百零三頁，共119頁。經(jīng)過變換可以得到傳輸線上任意一點(diǎn)的反射系數(shù)為（2.27）其中終端反射系數(shù)為第一百零四頁，共119頁。 反射系數(shù)為復(fù)數(shù)表示，工程上常用反射損耗A和電壓駐波比VSWR來表示。 反射損耗：反射損耗A值越大，表明反射波越小，阻抗匹配程度越好。(dB)第一百零五頁，共119頁。電壓駐波比VSWR（簡稱駐波比）定義為其中Umax出現(xiàn)在入射波和反射波同相位處，而Umin出現(xiàn)在入射波和反射波反相位處。VSWR可表征失配程度或反射程度大小，取值范圍1<VSWR<∞，工程上允許VSWR<1.5，VSWR取值越接近于1，其匹配程度越高。第一百零六頁，共119頁。傳輸線主要用來傳功率（2-30）式（2-30）中，P+（z’）和P-（z’）分別表示通過z’點(diǎn)入射功率和反射功率。第一百零七頁，共119頁。 對(duì)于無損耗線，通過傳輸線上任意點(diǎn)的傳輸功率都相同，為了簡便，在電壓腹點(diǎn)處計(jì)算傳輸功率，即2-31第一百零八頁，共119頁。例2-2：在一用戶對(duì)稱電纜銅線上發(fā)出一個(gè)測試脈沖，測試故障點(diǎn)的位置，由實(shí)測測得經(jīng)過0.001秒脈沖返回發(fā)送端，已知波速V=288000Km/s，試求故障點(diǎn)與測試點(diǎn)的距離。解：反射現(xiàn)象提供了一個(gè)測量線路障礙的方法。第一百零九頁，共119頁。2.5.3串音、串音衰減和串音防衛(wèi)度1.串音的概念串音：架空明線或?qū)ΨQ電纜，在多回路同時(shí)工作時(shí)，當(dāng)某一回路在通話時(shí)，同時(shí)聽到相鄰回路通話的聲音的現(xiàn)象。為什么產(chǎn)生串音？回路之間存在分布電容和互感。第一百一十頁，共119頁。POPOOP2LA0近端串音損耗