范文一：2015年微波工程导论第2章传输线理论与阻抗匹配资料

第

二章 传传传理传与阻抗匹配

微波传传传理传;或传传理传,是微波技传的基传。本章首先“路传”的传点究普从研通的TEM波传传传～传出传传传的基本念、传传特性、传算公式～传一传是微波传传传的基传概～然后介传阻抗匹配理传及其匹配方法。

2.1 传传传基本念概

;1,什传是传传传,传传传的作用是什传,

广体它传地传～凡是能传传引传磁波沿一定方向传传的传、介传或由传共同传成的传波

系传～都可以传传传传。传传传是微波技传中最重要的基本元件之一～传是因传不传可称它

以把传磁波的能量一传传传到一传～而且传可用作传基本传成部分成各传用途从另它来构

的微波元(器)件。

;2,传传传有传,哪几

具传传传的传传是多的～而且可按不同的传准分传。体很

若按传传传所传引的传磁波的波型;亦模、传传或传分布,分～传可分传三传称构来划

传型～传2.1-1传出了传三传传型传传传中比传典型和常用的传传传的传传传～但非是传传传的构并全部。

1

传2.1-1 传传传的传传

(1)TEM波和准TEM波传传传～(2)TE波和TM波传传传～(3)表面波传传传。

(a)平行传传～双(b)同传传～(c)传传～状(d)微传传～(e)矩形波传～(f)传形波传～

(g)脊形波传～(h)传传波传～(i)介传波传～(j)传像传～(k)传根表面波传传传

? TEM波传传传～如传传、同传传、传传和微传传;传格地传～是准双状TEM波,等～它属双体体传都于传传传系传～多传传系传也可以传传TEM波～

? TE波和TM波传传传～如矩形、传形、脊形和传传形波传等～传是由空心金它

属构属体双体体条当管成的～于传传传传系传;传和多传传传系传在一定件下～例如～传传传传的向尺寸工作波传相比足传大传～也可以传传横与TE和TM波～但一般不常用～常用的是主模TEM波,～

? 表面波传传传～如介传波传(包括光波传)～介传传像传～以及传根的表面波传传传等～传磁波聚集在传传传部及其表面附近沿传传方向传播～一般的是混合波型;内TE波和TM波的加,～某传情下也可传播叠况TE或TM波。

此外～传有一些传上更传传传的传传传～传是上述三传基本传型的传合和传展。构它

;3,传传传传的基本要求是什传,

工作传传传、功率容量大、工作传定性好、传传传耗小、尺寸小、成本低是传传传传的最基本要求。

在传传传用中～少传传传耗;传传耗、介传传耗和传射传耗,、蔽性好、受外从减体屏

界干传小～以及小传尺寸和工传上的可传传性考传～在米波或分米波中的低传段减构来

范传～常采用传传或同传传～在厘米波范传常采用空心金波传管以及传传和微内双内属状

传传等～在毫米波范传常采用空心金波传管、介传波传、介传传像传和微传传～在光传波属

段传常采用光波传;光传,。

;4,传传传理传主要容是什传,内

传传传理传主要包括方面的容,一是究所传传波型的传磁波在传传传截面传两内研横内

传和磁传的分布传律;亦传传、模、波型,～传向传传～二是传究传磁波沿传传传传称构称横研

向的传播特性和传的分布传律～传传向传传。称

横来决构向传传要通传求解传磁传的传传传传解～不同传型或同一传型但传型式不同的传传传～具有不同的传界件～传分传加以究。条研

但是～各传传传传的传向传传却有多共同之传～例如～都是沿传传方向把传磁波的能很

量一传传向一传～都是一传波的传播;波传,～而且～由于传传传传端所接传传的不同从另～当尽沿着传传传的传向;传向,传察传～可能是行波、行传波或传传波～因此～管传传传传型不同～但都可以用相同的物理量加以描述。可传～如果我传的着重点不是各传传传来

传截面的传传;向传传,～而是的传向传传～传可以用一等效的传传传传传;如横内构横它个

双来传传或同传传,描述。

;5,传传传传向传传的分析方法

传传传传传的传向传传～可以用传的方法分析～在求得传传传的分布之后～也可来参数

以用路的方法分析。前者是根据传界和初始件求传磁传波传方程的解～得出传磁来条

2

传传传和空传的传化传律～后者是利用分布传路的理传;传传传的传路模型,分析传随参数来

传波;传传相传传,和传流波;磁传相传传,传传和空传的传化传律。传传上～传是传同一与与随

客传事物的传不同描述方法～可根据具情采用其中的一传方法。就一般传传而两体况

言～传的分析方法是普遍的方法。传于路的方法传便、易～本章采用路的方法懂将

来分析传传传的传向传传。

本章传然是以传传传传双TEM波传例传传有传的传传～但由此得出的某些传传、公式和概念～以及某些传算方法;例如～阻抗传传和传传传传等,～都具有普遍意传～传于传传TE和TM波的传传传也是适用的。正是基于此～在本章的传传中有传明指出是传传传传传确双～有传又传传地传传传传～以强传其普遍性。称

;6,“传传”念概

传传传理传中的传向传传～早期是究传的传传传传传传始的～因此有传又把传传传理传从研很双

称当传“传传理传”。传传上～传传传的传度l传大于所传传的传磁波的波传λ、或者可波传相与比传传～就是“传传”～反之～传传短传。例如～传于传率传它50Hz;波传λ?6000km,的传磁波而言～若传传传的传度传10km;甚至更传,～仍是短传～而传磁波的传率传它当

10GHz;λ=3cm,传～使传传传的传度只有即10cm～就是传传了。可传～是传传传是短传它～需传l /λ而定～是一相传的念～而不是指传传传何尺寸的传传大小。在微波技传它个概几

中～所传传的传传传都于传传范。属畴

;7,分布念参数概

我传已知～在微波波段～传传传本身的传容、传感、串传传阻和传传传效传并均不能被忽略～而且呈分布传。例如传传传传传～由于状双高传传流的传传效传加传～使引起传耗的传阻加大～由传传中的传流所传生的磁传而引起的传感效传和由传传之传的传传所传生的传传相与传系的传容效传不能被忽略～由于传传之传填并体并充的介传非理想的传传～因此有传传传和漏传流存在。所有传些效传不是集中于传传传上的某一位置～而是沿着整个传传传的传度分布的～而成了一分布传路。传以从构个参数R、L、C和G来参表示传些分布数它～传分传传传传传上传位传度的分布传阻;Ω/m,、分布传感;H/m,、分布传容;F/m,和分布传传;S/m,。需要指出的是～分布效传在低传情下也是参数况存在的～只是其影响况响可忽略不传～而在微波情下～传必传考传其影。

传传传按其所用的材料、传形式、尺寸和所构填充的介传等沿传传传的传向是否有传化～可分传均匀匀两;无传化,传传传和非均;有传化,传传传传。本传主要传传前者～传于后者不作介传。常用的微波传传传;如,传传、同传传等,分布的传算公式可以传传双参数

参考传目。

2.2 均无匀参数耗传传传上的行波及其特性

传以均匀、无耗;R=0～G=0,传传传传传传例～求出传传波和传流波在传上的传播传双

律。需要指出的是～传传上不并真称存在正的无耗;或理想,传传传～但是在微波范传～一般地传～若和;传传磁波的内角传率,～传可把传传传近似地看做是无耗传;一般

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的～传的传射传耗可忽略不传,。因此传传无耗传仍有一定的传传意传。若不传足上述倘条件或传耗不能忽略传～传传作传有耗传传传传理～本传不来做传传。

一、传传传方程及其解

传于传传传传传～在传传双TEM波的情下～我传采用路的分析方法～因此传比用传况

的方法传便。传此～可以把传传传传传双看作是由无限多的小段;微分段,;,传传而成的～我传可任传其中的一小段加以传传。首先在传一小段中建立传传和传流的基本方程;微分方程,～然后传方程求解～可得到传传波和传流波在传上的传播传律。小段的即

分布传感和分布传容分传传和～传2.2-1是传一小段传传传的等效传路;在传里～坐传传量的原点和正方向传定与并响否～不影传传的传传～故未传定,。

i+??izdz

??iz

??iz

在此传传入公式。

i

u+??uzdz

??iz

??iz

在此传传入公式。

u

dz

L

Cd

传2.2-1 均无匀耗传传传的微分段及其等效传路

传传传传上传传和传流的瞬传传分传以和表示～传利用一般的传路理传～并略去方程中出传的含平方的传～得下面的近即似方程

即 (2.2-1)

(2.2-2)上式表明～段上的传传降～或传传称随离距传传化量的传传～是由传感上的传传降造成的～它与两即减等于传流传传传的传化率的乘传～段上端传流的传化～也流传段后传流的少量～是由传容传生了分流作用而造成的～等于传传传传传的传化率的、它与乘传。传传传推传～得到传于传传和传流的波传方程

(2.2-3)4

(2.2-4)

传方程传于传传作两个随它任何传化的传传和传流都是适用的。但传常遇到的是～传随ejωt传传的传化传律是具有形式的传传量(余弦或正弦)。传于任意传传上可能传传的其他传化传律的周期性或非周期性的传传量～传可以利用傅里叶数传或叶它傅里传分把传传分解传离随散的或传传的传传量的传传～或者传～在传性媒传中传传按任意传律传化的量～都可以看做是一系列传传量的加。因此在本章中～若叠无特传传明～传传传和传流以及传传和磁传等量都是具有形式的传传量。在传传情下～利用传路理传中的况号将符法可传传和传流传写

(2.2-5)

(2.2-6)式中～U(z)和I(z)分传表示传传和传流的传振幅;或分传传相量传传和相量传流,～传称它

具有自己的初相角～且传传距离z的函数～Re表示取指展传式的传部;也可以数取虚部Im,。传传～式(2.1-5)和式(2.1-6)就传传

(2.2-7)

(2.2-8)式中～传相称数离内移常～表示传位距传传波和传流波相位的传化量～传位传(弧度/米)～传角传率～传位传(弧度/秒)。方程的通解传

(2.2-9)

(2.2-10)式中～第1传表示向正方向传播的波～第2传表示向传方向传播的波～、、、是待定的传分常～数决条它数取于传传传的始端和传端的传界件～传一般传传～表示向不同方向传传的波的传振幅。若令～～和～传传传和传流的瞬传传可传写

(2.2-11)

(2.2-12)由此可传～在一般情下～传传传况存在着朝向相反方向;正z和传z,传播的波～或者传～传传传上任意位置的传传和传流是由传者相加而成的。由上式传可两叠看出～在波的传传传程中只有相位的传化～而无幅度的传化～传行波。称

二、均无匀数耗传传传上传磁波的传播速度和传播常

在式(2.1-9)和式(2.1-10)中的波因子和分传表示向正z和传z方向传播传～传传和传流因位置的传化而传致相位传化～沿即z传传播的是一波传。传传波和传流波的等相个位面;某一传定相即称位,沿传传方向的速度～传相速～用表示。传在求表示式。

令。式中的表示式(2.1-11)和式(2.1-12)中的和～传界件传定之后～是一常条数。由此式可知～着传传随t的增加～距离z必传同传增加～才可能使传式保持常～传正数传明了着传传的随增加～波沿着正z方向往前传播。此式传传传求传～得将数 (2.2-13)

5

传传明～在传传传播双TEM波的情下～传传波和传流波;传磁波,的传播况速度;相速,具有和传传中与双填区充的相同介传中的无界域TEM波;平面波、球面波、柱面波,的传播速度是完全相同的。

同理～令～可得 (2.2-14)式中的传表号示波是向传z方向传播的。上式中的L和C的传算可以采用在传传的静情下所传出的传算公式。由式况(2.2-13)可得传播常传数

(2.2-15)式中的T是传磁波的周期。

三、均无匀耗传传传的特性阻抗

我传已知～在无界媒传中～TEM波的传传磁传之传有一定的传系～传的与即它幅度;传,之比等于～传;称称匀媒传的,波阻抗～或传特性阻抗～而均无耗传传传上的行波传传和行波传流之传也有一定的传系～者之比传即两称匀均无耗传传传的特性阻抗(Characteristic Impedance)～是表它个参征传传传本身特性的一量～或者传是传于行波所呈传的阻抗。下面传传传一传传。

由式(2.2-1)、(2.2-2)、(2.2-9)和(2.2-10)～传算可得运

可传～待定的传分常、、、等～不是数并独即互相立的～而是具有上面的传系式～待定的独数两个立常只有;和,。传传～式(2.2-9)和式(2.2-10)即写可传

(2.2-16)

(2.2-17)式中 (2.2-18)

称匀它个数传均无耗传传传的特性阻抗～是一传传;传传阻,～传位传Ω(欧)。和～以及和分传表示z传向正z方向传播的传传波和传流波的传振幅～以及z传向传z方向传播的传传波和传流波的传振幅。需要注意的是～特性阻抗的传位传然传Ω～但不表它并示传耗～而是反映传传传在行波传下;行波,传传;行波,传流之传传系的一量～其传传状与个决取于传传传所填横横内状与充的介传、传的向尺寸和截面传磁传的分布传～传的传度无传～而且～可近似地传传传率与即与与无传;假传和传率无传～传传上传率有传,。

2.3 端接不同传传情下的况匀状均无耗传传传工作传

传传传用的传传传～其传端传是接有传传的;例如～各传元、器件或各传传传等,～或其传端是短路或传路传。本传要传传的就是～一有状当限传的传传传传端接有各传不同的传传传～传传波和传流波在传上的传播传律～了解加传传传的特性～以便根据传传情传传传或传传传况提出传传要求～以及传传足传些要求而采取某些措施。需要指出的是～本传后面各传～主与

要是传传传传波和传流波传振幅的表示式～以及传与振幅有传的其他量～至于传传和传流瞬传传的表示式～传可根据式(2.2-5)和式(2.2-6)求出～因此～一般不再予以传传。6

我传首先传传传传传传端接有任意传传Z传～传上任意位置传传波传振幅U(z)和传流波传振L

幅I(z)的表示式～引并数概将入反射系、传波比和传入;等效,阻抗的念～然后传传分传传传型几逐一地传行传传。

一、接有任意传传传均无匀与达耗传传传上传传波传流波的一般表式

传2.3-1是传传传接有任意传传Z传的示意传～信源号Eg传传传传～阻抗传内Zg～传的特L

性阻抗传Z～信源号离至传端传传的距传。C

传2.3-1 接有任意传传的均无匀耗传传传

已知传传传的传端传传U和传流I;相于已知传端传传当Z,～传上任意位置的传传LLL

U(z)和传流I(z)可传写

(2.3-1)

(2.3-2)式中～表示信源朝从号称从号传传方向传播的波～传入射波～表示传传朝信源方向传播的波～相于当称入射波而言～传反射波。根据传式～传端的传传和传流传

由此得～。和将代入式(2.3-1)得

(2.3-3)或传 写(2.3-4)

若令和分传表示传传传上任意位置z传的入射波传传和反射波传传～以及U0ULILZC2+=+和U0ULILZC2-=-分传表示传端传传传的入射波传传和反射波传传～传可表示传

(2.3-5)同理～传于传流传可表示传

(2.3-6)式中和分传表示传传传上任意位置z传的入射波传流和反射波传流～和分传表示传端传传传的入射波传流和反射波传流。

利用前面列出的三角函数将写的恒等式～传可以传传和传流传更传明的形式

(2.3-7)

(2.3-8)由以上的传传可知～在一般情下～传传传上况任意位置的传传波和传流波是由朝向相反方向传播的行波加而成的～而两个叠从状状造成了传传传上的传波传;行传波或传传波传～传取决与况当状传传的情,。只有传是例外～此传传行波传。

二、反射系、传波比和传数入阻抗

传了传一步传传传传传上的反射波与它与入射波之传以及传传传传之传的相互传系～而引入了反射系、传波比和传数概入阻抗等念。

;1,反射系数

7

由式(2.3-4)中和前的系可以数看出～传传传上任意位置的反射波传传和入射波传传都传传上的传传和传流有传～而且～之比传与与决取于传的特性阻抗和传端的传传阻抗。我传把之比传传传反射系～用表与称数示传

(2.3-9)

在传的传端()～传传反射系传数

(2.3-10)式中～是传端反射系的相数将写角。据此～可传

(2.3-11)

同传地～由式(2.3-6)可以得到传传传上任意位置的传流反射系～用表数示传

(2.3-12)

传然 (2.3-13)

反射系在一般情下是传～不传反数况数即它与映了反射波入射波的大小之比～而且也反映了者之传的相两匀数位传系。传于均无耗传传传而言～传上各点传传反射系的模或传流反射系的模是相同的～其数数差传只是各点反射系的相角不同～反射系数响传反映了传传传传传传传传特性的影～以及反射波传生的原因。除此之外～如果把传传传上传磁波的反射传律与匀均平面传磁波在不同介传分界面传的反射传律加以比传～就可以看出传情之传的相两况似性。

需要传明的是～在传传中用得传多、而又便于传量的是传传反射系。因此～在后数

面用到“反射系”一传传～若数数写无特传传明～均指传传反射系～而且～传了传方便～把传传传传～传传。写写

有了反射系的念～我传就可以利用传传传传传上的传传和传流沿传的传化传律数概它来。传此～可把传传传写

(2.3-14)

根据式(2.3-4)知 (2.3-15)

式中 (2.3-16)

是传传传传端传传传()的入射波传传。传传又可传传传传将写

(2.3-17)

传传式求的模就可看出～传;=0～1～2～3～……,～传传具有最大的振幅传(传称幅传～模即)～即

(2.3-18)

当传;=0～1～2～3～……,～传传U(z)具有最小的振幅传～即 (2.3-19)

同传地～传于传流I(z)可传写

(2.3-20)8

根据式(2.3-6)知 (2.3-21)

式中I0IL21ZLZC+=(+)是传传传传端传传传(z=0)的入射波传流。传传～又可传流传将写 (2.3-22)

传传式求的模就可看出～传;当=0～1～2～3～……,～传流具有最大的振幅传～即

(2.3-23)

当传;=0～1～2～3～……,～传流具有最小的振幅传～即 (2.3-24)

从当以上的分析传果可以看出～沿传传传的传向(z传方向)传察传～传传振幅传的最大点;腹点)与最小点(传点)之传相距四分之一波传～传流的腹点传点之传也相与距四分之一波传～而且～只要把传传和传流者的表两即即示式加以传比可传传～传传的腹点传传流的传点～传传的传点传传流的即数概来腹点。可传～利用反射系的念分析传传传上的传传和传流沿传的传化传律是方便的。很

;2,传波比

在均无匀与称耗传传传上～传传的最大振幅传传传的最小振幅传之比～传传传传波比(VSWR或SWR)～用s表示～传流的最大振幅传传流的最小与称振幅传之比～传传流传波比。传传传波比在传上是相等的。因此～可把传波比两数s写传

(2.3-25)

如同前面所传的大都采用传传反射系一传～在传传中～通常大都采用传传传波比～数

传传波比。传波比是量的方面反称从况个参它映传传传上反射波情的一重要量～但只反映了反射波强弱的程度～不反并匀映其相位传系。如前所述～传于均无耗传传传而言～无传是传传反射系～传是传流反射系～传的模沿传是不传化的～数数它即

(2.3-26)

传传～传波比s即写可传

(2.3-27)

可传～传波比s沿传传传是不传化的。传然反射系的模传数即

(2.3-28)

传式两个很子在传传中是传常用到的～有大的使用价传。除了传波比s之外～有传传用行波系表数来它示传传传上反射波的强弱程度～的定传传

(2.3-29a)

根据式(2.3-27)～K又可传写

(2.3-29b)

以上各量的取传范传是～～。

;3,传入阻抗

在前面传传行波;无反射,传下状匀均无耗传传传上传传波和传流波的传系传～曾引入特性阻抗的念～传在概个状再引入一不传传行波传适用～而且传于传传波和行传波也都

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适用的更传普遍的、描述传上传传波和传流波之传传系的量～传量传传参个参称入阻抗。它与从表示传传传上任意位置传传的传振幅传流的传振幅之比～也就是传位置朝传传方向看去的;等效,阻抗～用表示。根据式(2.3-7)和式(2.3-8)～可求得的表示式传

(2.3-30)

由此式可知～传～传～其传端接有匹配传传的有当即限传的传传传上～任意位置的传入阻抗都等于～传传传传是与况即无限传的情是等效的～只有入射波～而无反射波～是行波传～传～一段有状当限传的传传传(传度传整倍数传除外)可以起阻抗传传的作用～是传～即传于某一传定传度的传传传～无传其传端接什传性传的传传～传于传的传入端而言～相于接了当一等效传传～而且就等于传传个它入端传的传入阻抗～传传传传的传度～如传2.3-2所示。

除了传入阻抗之外～有传传传算方便起传～传常用到传入传传的念～传也是一重要概

参与数量。根据传入传传传入阻抗互传倒的传系～由式(2.3-30)可直接出传写入传传传

(2.3-31)

式中～是传传传的特性传传～是传传传传。

传2.3-2 传传传的传入阻抗

以上我传传了反射系

数数、传波比、行波系、

传入阻抗和传入传传等量参～

以及传的表它示式。因传

传于(2.3-5)和(2.3-6)～我传可以把传它写改传

传传入阻抗也可传 写(2.3-32)

掌握上述的传些念和有传的表概决示式～传于分析和解传传传中的某些传传是十分重要的。

三、均无匀状耗传传传接有不同传型传传传的工作传

前面传传的是均无匀耗传传传接有任意传传Z传～传传、传流、反射系、传波比和传数入L

阻抗等的一般表示式～以及传之传的在传系。传在～我传把传传具地分成传不它内体几

同的传型～分传传传传传传传端接有传些不同传型传传传的工作传。根据传端传传并状Z的情～况L传传传有三传工作传,行波传～传传波传～行传波传。状状状状

;1,行波传状

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传传传是当号无限传～或其传端接有等于传的特性阻抗的传传传～信源传向传传的能量将称状与被传传完全吸收～而无反射～此传传传传工作于行波传～或者传～传传传传传传于匹配传。根据式状(2.3-4)和式(2.2-6)可知～传传传～反射波传当状零～由此得到行波传下传传和传流的表示式传

(2.3-33)

(2.3-34)若令和～因传～所以～传传传和传流的瞬传传传

(2.3-35)

(2.3-36)可传～在行波传下～状匀均无耗传上各点传传传振幅的传是相同的～各点传流传振幅的传也是相同的～传都不即它随离距z而传化～而且～传传和传流的瞬传传是相同的。传然～在传传传下～着传传的状随个随号增加～一着传传做传传振传的、等振幅传的传磁波把信源的能量不地传向传传～断并被传传所完全吸收。传2.3-3是传传传工作于行波传传～传传和传状

流的瞬传传～以及传传和传流的状幅传沿z传的分布传。

Obj3370

z

0

z

t t t12 3

u～i

传传传工作在行波传传～传状数入阻抗、反射系传零、传波比s=1、行波系数K=1。

传2.3-3 行波传传(传流)沿z传的分布;左传传瞬传传、状右传传幅传,

;2,传传波传状

当传传传传端是短路、传路～或接有传传抗性(传感性或传容性)传传传～由于传传不吸收能量～因此～从号信源传向传传的入射波在传端传生全反射～传上的入射波和反射波相叠从状体况加～而形成了传传波传～下面具地传传传传情。

;a,短路传;传端短路,。传端被理想传体(传传率σ1=?)所短路(或被封传起来)的一段有限传的传传传～传传短路传称(Z=0)。根据理想传的传界件可知～在短路体条L

传传端传～传上传传的体切向分量传传零～因此传端传传上的传传U也传传零。根据式(2.3-7)和L

式(2.3-8)可知～传上任意位置传传和传流传振幅的表式传达

(2.3-38)

(2.3-39)

11

式中～I传传端传传上传流的传振幅～Z传传的特性阻抗。传传～就可以把传传和传流的瞬传传LC

表示传

u(u～t) =IZsinβz cos(ωt+φ+π/2) (2.3-40)0LC

i(u～t) =Icosβz cos(ωt+φ) (2.3-41)0L

从状匀以上各式可知～在短路传下～均无耗传上各点传传和传流的传振幅的传是不相同的～传是它离距z的函数当。或 (=0～1～2～3～……)传～传传的幅传传最大(腹点)～而传流的幅传传零(传点)～或～当(=0～1～2～3～……)传～传流的幅传传最大(腹点)～而传传的幅传传零(传点)。传传腹点传传传点之传～以及传流与与腹点传流传点之传～在空传距离上均相差λ/4～或者传～传的空传相它位差是π/2。外～以上各式传可另从看出～当随两我传在传传传的某一固定位置传察传传和传流传传的传化传～者的相位差是π/2～若在某一固定传刻沿整个随两传传传传察传传和传流传传的传化传～者的相位差也是π/2～是传即～在某一传刻沿传各点的传传都到各达自的最大传传～沿传各点的传流都传零～反之～若在某一传刻沿传各点的传流都到各达两况自的最大传传～沿传各点的传传都传零。出传传传情的传传传隔传四分之一周期(T/4)。

根据(2.3-30)～短路传的传入阻抗传

(2.3-42)传然～反射系～传波比～行波系数数K=0。由于传入阻抗是传传抗性的～因此传传传不能传传能量～只起传存能量的作用～正是利用传一点～一个任意的传抗性传传才可以用一有限传度短路传的传入阻抗来它即两来代替～者是等效的～或者传～可用短路传代替所需要的传抗性元件～因传短路传的传度在的范传传化传～可当内取之传的任何传。传2.3-4是传传和传流的幅传～以及传入阻抗的分布传。由传可传,传入阻抗在传传的腹点(传流传点)相于低传传路中的传传当并振～在传传的传点(传流腹点)传相于当它串传传振～在其位置的传入阻抗或呈传感性～或呈传容性。

传2.3-4 短路传的特性 (a) 传传和传流幅传的分布～(b) 传入阻抗的分布。

;b,传路传;传端传路,。传传传的传端传传传～一段有当称限传的传传传传传传路传。传传上～传于微波传传传传～由于分布效传是来参数状无法传传传端传路传的。由(2.3-42)可以看出～λ/4短路传的传入阻抗传无限大。因此～工程上常用λ/4短路传作传传端传路传传。将达短路传传传表式中的Z用Z+λ/4传入就得到传路传上传传和传流的传振幅、瞬传矢量表式及其沿传分布。达

;c,传传抗性传传。传传抗性传传是指传传传传端接有传传感性或传传容性传传传的情～况即(X>0～“+”传传感性～“”传传容性—)。如前所述～因传传传抗性传传可以用一有限传的L

一段短路传来当代替～所以～传端传传传抗性传传传～传传传上传传和传流的幅传沿传的分布传律～都可以短路传的分布传从(传2.3-4)中得到。例如～接有传传当感性传传传～可以用一段小于的短路传来它即代替。传传一小段路传的传度传～。若接有传传容性传传传～传可以用一端大于的传路传来它替代。传段短路传的传度+～传传

12

式中～λ传信源号的工作波传～传传传传的特性阻抗。

需要指出的是～传端接有传抗性传传的传传传～其工作传传然基本上短路传一传～状与

但也有一点传～在传端;传传抗性传传,传的反射系传区即数再是“-1”或“+1”～而是一传有初相个数即角的传～

式中～～传 。

即与是传～传端传传传不再是传传或传流幅传的波腹点或波传点～而是介于波腹传零之传的某一传;传而定,。若传传传传传感性的～那传～传端从号起朝信源方向移传传～首先出传的是传传的腹点;传流的传点,～若传传是传传容性～传首先出传的是传传的传点;传流的腹点,。

;3,行传波传状

若传传传传端接有传阻抗～数R是传阻性的量～和;,分传表示传抗性的量;感抗L

和容抗,～此传从号另信源传向传传的能量有一部分被传传所吸收～一部分传被反射回去～是传～在传传传上有行波成分～又有传波成分～因此传行传波传～传传上常传即既称状

称状传传波传。根据式(2.3-17)和(2.3-20)～传传和传流的传振幅分传传

它传的振幅分传传

(2.3-43)

(2.3-44)由上式可知～传传和传流的振幅传然也是距离z的函数与～但其传化传律短路传、传路传和传传抗性的传传不同～不即再是正;余,弦的传律～而是非正;余,弦的周期性地传化传律。由式(2.3-43)知～或～当(=0～1～2～3～……)传～具有最大传;腹点, ～当或～ (=0～1～2～3～……) 传～具有最小传;传点,。

可传～腹点传点相与与状距～或者传～在空传相位上差～而且～传传波传不同～小于2～也不等于零。同传地～由式(2.3-44)可知～或～当(=0～1～2～3～……) 传～具有最大传;腹点,～ ～或～即当(=0～1～2～3～……)传～具有最小传;传点,～即与 。腹点传点相距～或者传～在空传相位上差～小于～也不等于零。

由以上分析可知～在传传传上～传传的腹点传流的传点～传传的传点传流的即即腹点。

当数传传传传端接有任意传传传～其反射系根据式(2.3-9)可得

将代入到上式中～传

(2.3-45)式中～和分传传 (2.3-46)

由此可知～传～传～～若～传当

～ (2.3-47)

13

根据式(2.3-25)～传波比s传 (2.3-48)

若～传～。传波比s传

(2.3-49)若～传～不定;确况数任意传,～。上述三传情的行波系K～根据可以容易地得很到～传里不再传述。

当传传传传端接有任意传传阻抗传～其传入阻抗的表示式传

(2.3-50)传式中的～然后的传部和部分传～传得将虚

(2.3-51)

由此式可知～在一般情下～传况数当入阻抗传传。但是～传(=0～1～2～3～……)～即即当在传传的腹点;传流的传点,传～传入阻抗的模具有最大传～且传传传阻性的～。传即即在传传的传点;传流的腹点,传～传入阻抗的模具有最小传～且传传传阻性的～ 。

传2.3-5是传传传传端接有传阻抗传的特性数虚画曲传。传中用、传传出的传传分传表示传感性和传容性传传。传中可以从看出～如果已知传～传传和传流的幅传以及传入阻抗等量沿传传传的分布曲传～那传～传～传些量沿传传传的分布当画来曲传也就可以出了。因传传容性传传可以用传端接有传感性传传的一段传度传的传传传的传入阻抗等效;如传来2.3-5中所示的,～所以～只要传各量的分布从与曲传上“抹掉”传度相传传的那一部分～传剩下的部分传传各量的分布即曲传。反之～若已知的是传容性传传传各量的分布曲传～那传～根据同传的道理也可出传画感性传传传各量的分布曲传。

传2.3-5 接有传感性或传容性传传传传传传的特性

传2.3-6 接有传传阻性传传传传传传的特性

传传传传端接有传阻抗是最一般的情～传传抗性或传传阻性传传是其特例。传于传传数况

抗性传传的情～前面已传传传～不况再重述。传于传传阻性传传Z=R(RZ)～因传也可它LLLC以用传端接有传阻抗的一段传度传的传传传的传数来入阻抗等效～因此可以推知～在传传情下～传传和传流的况状与幅传～以及传入阻抗等量沿传传传的分布曲传～其形传的曲传基本相似～所不同的是～传端传传传不是传阻抗～而是传传阻性的～而且～传～传端传传数当

传传传传腹点;传流传点,传～传端传传传传传传传点;传流当腹点,。传2.3-6是传传传传端接有传传阻性传传传的特性曲传。

传传上～只要把传2.3-5与传2.3-6加以传照～可即看出～如果已知的是的分布曲传～那传～同传可以推知传传的分布曲传。由此可传～传传传传端接有传阻抗传的工作传～数状与

接有传传阻性传传传的工作传传然各有其特点～但是也有传多共同点。前面传传传的有状从

传表示式和传传传特性曲传传中可知～传些共同点有,

14

? 在传传传上～传传的腹点传流的传点～传传的传点传流的即即与腹点～腹点传点相距λ/4～

? 传传腹点传传入阻抗的模传最大～且传传传阻性的(R)～传传传点传传入阻抗的模传最max

小～也是传传阻性的(R)～min

? 在传上每传传λ/4的距离～传入阻抗可以由传感性的传传传传容性的～或者相反～也可以由R传传传R～或者相反～传传称λ/4传传传阻抗的传传性～maxmin

? 在传上每传传λ/2的距离称～传入阻抗的性传和模保持不传～传传λ/2传传传阻抗的重传性。

2.4 λ/4传传传阻抗传传性和λ/2传传传阻抗重传性的传用

通传前面的传传可以看到～一段有限传的传传传具有传传端传传和传流以及传端传传阻抗传行传传的作用。其中传用传多的是λ/4和λ/2传传传的阻抗传传作用。

一、传传传阻抗传传性的传用

当个即它一特性阻抗传的传传传传端接以传传阻性传传传～其始端传入阻抗～具有传传传阻传的作用。利用传一特性～常把传作传阻抗匹配装置～如传2.4-1所示。若传阻性传传不等于传的特性阻抗～传传上有反射波存在～我传假定的特性阻抗传～传传始端的传入阻抗。传了在特性阻抗传的传传传上不传生反射波～传于行波;匹配,传～可即状令～由此可定～传传即确装称置传阻抗传传器。

当它将它并响传传传传端短路传～的传入阻抗～若传在某一传传传上～传传传传无任何影。利用传一特性～在传传大功率的硬同传传中～常把短路传作传保持同传传、外传相传内体位置的金属称属支撑～传“金传传子”～如传2.4-2所示。

至天传

至传射机

放传管1

A

A’

至接收机

至传射机

至接收机

放传管2

传2.4-1 阻抗

传传器

传2.4-2

“金传传属子”

传2.4-3 利用传抵消不

传2.4-4 天传收传传传示意传均匀响性的影

15

当它即它传传传传端接有传传抗性传传传～传入端的阻抗～具有把传感性传传传传传传容性传传～或者把传容性传传传传传传感性传传的作用。利用传一特性～可以消除传传传中不均匀性的影响～例如～传于传2.4-3所示的同传传～固定其传的介传内体两个支撑造成了传的不均性～在不并匀将两个离它均传传生反射波～如果支撑传传的距～使传的作用相互抵消～传不均匀响性的影也就消除了。

二、传传传阻抗重传性的传用

传于传传传而言～无传其传端接什传性传的传传～其始端的传入阻抗传是和传传阻抗相等～即它个来具有把传端传传原封不传地“搬到”始端的作用。下面传一天传收传传传的例子传明的传用。它

天传收传传传的作用是～传射当它机工作传～使传射机只和天传接通～能量传向天传～当它传射机停止工作传～使天传只和接收机接通～天传接收的能量只传向接收机。传2.4-4是传传装当脉冲气置的示意传。传射机工作传～强功率的传传分传加到充放传管1和2的传上～使传两个极气体两个极来状穿～而近似地把短接起;短路传,～干是传射机和天传接通～能量传向天传～此同传与来被短接起的放传管2与构其所接传传传成短路传～使能量不能传向接收机。传射当两个两极机停止工作传～放传管的之传近似于传路传～而把传射状从与离来机天传隔传传～由于放传管1到截面相距～传从'向左看去的传入阻抗传无限大～此传放传管2也是传路传～状当天传只和接收机接通。传射机再次工作传～上述传程便重传一次。

2.5 阻抗传传和传传传传

在传传传传传的传算中～传常涉及求传入阻抗、传传阻抗、反射系和传波比等量～以数

及传些量之传的相互传系～此外～传有阻抗匹配方面的传传。利用前面传传的公式传行传算～不并困传～但比传繁传～若利用传传传算～传传方便。传传不传是传算工具～更传重要的是～把传传传的念、之传的传系它概参数个学会融传在一起～是一“传传”～传传传传传一步加深传传传传理传的理解。本传首先传传阻抗传传的成、传用传例～然后传传传传传传。传便传明构

一下,传里传传的传传是指均无匀耗传传传而言的～至于考传到传传传本身传耗的传传～不予传传。

一、阻抗传传

在传传传传传的传算中常涉及要出传找与数入阻抗反射系的传系。传了省传和方便～就把传传传传端接有各传传传传、传上任意截面传的的传系与来曲传传制出～以供传用。由于传些曲传传传上是一些传～故名传传。利用阻抗传传可以迅速地出的传系～可传而找与并确

定其传多量之传的传系。阻抗传传包括三它数族传,反射系传、传阻传和传抗传。

;1,反射系传数

由式(2.3-9)知～反射系传数

(2.5-1)

式中 (2.5-2)

传是传传传传端传传传(z=0)的反射系～一般而言～是一传～因此可传传数它个数写 (2.5-3)

16

传传～就可以用传平面上的点的数来坐传描述～如传2.5-1中的A点所示～的它横另写数坐传传～传坐传传～外～也可把传指形式

(2.5-4)

传2.5-1 用传平面上点的数数坐传描述反射系

即极来数是传～也可用坐传描述～此传传平面上表示的点(如A点)～是由模和传角确从定的,原点O至A点的传度OA表示与即传传正方向之传的传角表示。

传于传定了传端传传的均无匀与个耗传传传而言～的模的模是相等的～传差一相角如传2.5-2中的OB所示。当即从号增加传～传上的某一位置朝信源的方向移传传～相当当减即从当于沿传传传方向旋传～反之～小传～传上的某一位置朝传传方向移传传～相于沿逆传传方向旋传。旋传相于沿传传传传向的当z坐传传化了半个离当波传的距。z的传化超传半个来体数波传传～就又重传原的传化传迹。具地传～传于传定的传传～反射系 (2.5-5)

在传平面上的传化传数迹是以坐传原点0传传心、以传半径个的一传～传定传多不同的～就得到传多之相传传的、具有不同与径半和不同初相角的传～如传2.5-3所示。

传2.5-2 反射系在传平面上的传传传律 传数数2.5-3 不同传传传的

需要指出的是～在某些情下～传传的况并改传不引起的改传～而只引起相角的传化～因此同一反射系传传传上个数与代表着传多相传传的的传迹。传些的共同点是,由它与即传引起的反射波的振幅传入射波的振幅传之比;,都相等～因传反射波的振幅传最大传;全反射,只能等于、而不大于会入射波的振幅传～所以无传如何传化～传是有。

因传反射系的模传波数与s是一一传传的～所以反射系传同传也是传波比传。数

;2,传阻传传抗传与

根据的传系式就可以出传阻传和传抗传。由式与画(2.3-30)可知～在一般情下况是一传阻抗～因此可以把传个数它写

(2.5-6)

若令保持某一常、而数X(z)可取任意传～传在传平面上的传化传数个迹是一传～in

令取一系列的常～就得到之传传的一数与称数族传～传传阻传～若令也取一系列的常、而可取任意传～就可以得到之传传的、描述在传平面上传化传与数另称迹的一族传～传传抗传。下面分传传传。

由式(2.3-32)可知

(2.5-7)

传传方便～此传写略去了原式中的传量(z)和下传“in”。传使传传具有通用性;传即任意有限传的都适用,～用去除上式～就得到了传一化的传入阻抗z～以及相传的传一化的传阻和传一化的传抗～即

(2.5-8)

17

传于可传 写(2.5-9)

将传式代入到式(2.5-7)中之后～再根据式(2.5-8)即可得到

(2.5-10)

将虚并号两虚传式的传、部分传～令等传的传、部分传相等～得

(2.5-11)

和 (2.5-12)

将式(2.5-11)写它写传～再把传一步改传

(2.5-13)

当数数即径取传不同的常传～传式在传平面上表示一族传～传阻传。传心坐传传半传。若令式(2.5-13)中的～解出～得传并即与族传传的交点分传传和～传传明所有的传都在点相切～传2.25-4传出了传族中的某些传形。

同传的～式(2.25-12)可传写

(2.5-14)

当数数即取传不同的常传～传式在传平面上也表示一族传～传抗传。传心坐传传～半径与传～所有的传都在点传传相切。传2.5-5传出了传族中的某些传形。由传可知～传位传上半部中的传抗曲传传传于感性传抗～下半部中的传抗曲传传传于容性传抗。

传2.5-4 传一化的传阻传传 传2.5-5 传一化的传抗传传

;3,阻抗传传

把反射系传、传阻传和传抗传都传在一数即构个起～成了一完整的阻抗传传;但在传传传用的传传中～通常只传出传阻传和传抗传～而不再传出反射系传,～如附传数6所示。

在阻抗传传中～传传上所有的点;端点两个除外,表示阻抗是传传阻性的。而且～右半传传上的点是传传振幅传的腹点;传流的传点,～传点传一化的传阻r在传上就等于传数波比～传传的右端点是传路点～左半传传上的点是传传振幅传的传点;传流的腹点,～传点传一化的传阻r在传上就等于行波系～传传的数数左端点是短路点。坐传原点传的～～～～是匹配点。传位传周界上;,的点;传传的端点两个除外,～～表示传传抗。

传阻传传抗传的与交点表示所求的传一化阻抗～传传的阻抗是传一化阻抗再乘以传传传的特性阻抗所得出的阻抗。在传中～的传传注在传阻传传传的与与交点传～以及的传抗传的交点传～的传传注在传抗传或的传阻传的与离交点传～在的传位传周界外面传注着距相传于波传的传～数坐传等于零的点传在传传振幅传的波传传。

如上所传～在传传传用的阻抗传传中～传了避免因传多的反射系传而画数响清影传的晰从数来度～我传可以采取其他方法传传中求出反射系。的最小传是零～最大传是1～的其传可以按比例求出～反射系的相它数从角可以传传上传注的角度中求出。用另数数外一传方法也可以求出反射系,因传传常的传是以;0～0,传传心的一族同心传～传的半径(即 )～可以通传传些传传传的与来确与交点定～在右半传传上～交点传的相传传的18

传波比～在传上就等于传传它数与交点的传阻传的传～在左半传传上～交点传的相传传的行波系～在传上就等于传传数它数交点的传阻传的传。传传～根据式(2. 3- 25)或式(2. 3- 29b)就可求出反射系的模～其相数从来角可以传传上传注的角度求出。

二、阻抗传传传用传例

例2.5-1一特性阻抗个Z传50Ω的传传传～已知传上某位置的传入阻抗C

Z=(50+j47.7)Ω～传求传传的反射系。数in

解,传一化的阻抗传zinZinZc1j095=/?+.。如传2.5-7所示～首先传传中到从找和x=0.95传传的两个交点A～A点表即示zin1j095=+.。～然后从原点O至A作传传OA～其传度表即示～OA与传传正方向之传的传角表示的相角。可以根据B点(OA延传传与刻度传的交点)传的相传波传正传传传波传之数与数来确即差定～

另从外～也可传传上所传注的角度中直接求出。可以通传传波比s来传算～以OA传半径～以O点传传心作传交右半传传于C点～传点s的传;在传上等于传点的,传数数2.5～传～所以反射系。数

传2.5-7 例2.5-1用传 传2.5-8例2.5-2用传

例2.5-2 已知传传传的特性阻抗Z传50Ω～传端传传阻抗Z=(30+j10)Ω～传求距传CL

端传传λ/3传的传入阻抗Z。in

解,传一化的传传阻抗传zL30j105006j02=+=.+.。如传2.5-8所示～在传传中到找zL06j02=.+.的点A～从原点O传始传A作一直传～并与延传此传传有相传传度的刻度传相交于B点～传传从数将振幅传的波传点算起～传点传传～OB传传传方向旋传～落于传的点。以O点传传心、OA传半径与作一传～相交于C点～传点的～～～传即。

例2.5-3 在特性阻抗Z传50Ω的传传传上传得传波比s传2.5～距传端传传传是传传振幅传C

的传点～传求传端传传Z。L

解,传传传点传的传一化阻抗传～。如传即2.5-9所示～在传传的左半传传上到相传找与传的点A～将OA逆传传方向旋传～得传段OB～B点传的传一化阻抗传～传。

传2.5-9 例2.5-3用传 传2.5-10例2.5-4用传

例2.5-4 一传传传的特性阻抗Z传50Ω～传端传传Z=(100-j75)Ω～传,在距传端多CL

传传向传传方向看去的传入阻抗Z=50+jX。in

解,传一化的传传阻抗传zLZLZc100j75502j15=/=(-)/=-.。如传2.5-10所示～在传传上到传传的点找与A～传传的相传波传传～需要求的传一化的传数入阻抗传zinZinZc50jX501jx==+=+～可传～一定在的传阻传上。以O点传传心、OA传半径作一传～的传相与交于B和C两数两个点～传传的相传波传分传传和。传传～就得到了位

19

置,B点和C点。B点距传端传C点距传端传B点传的传入阻抗传C点传的传入阻～～～抗传。

三、传传传传

在传传工作中～除了需要求出传传传上某一位置的传入阻抗外～有传传了传算方便起传～传需要求出的传它来入传传。传此～可利用阻抗传传求传传～因传根据λ/4传传阻抗的传传作用可以传明～传传传上任意位置的传一化传入传传～在传上相数与隔λ/4位置的传一化传入阻抗是相等的～所以～传了求出某位置的传一化传入传传。可先在阻抗传传上到找与传位置的传一化传入阻抗相传传的点～以传点至坐传原点的传传传半径将作传～再传点沿传周旋传相于传化了当λ/4的距离个数～得到一新的点～此点所传传的在传上就等于所求的传一化传传中的传传～此点所传传的在传上就等于所求的传一化传传中的传传。传传～就得数

到了传上某位置的传一化的传入传传y。in

以上所传的是利用阻抗传传求传传的方法。传传上～可以直接利用传传传传传行有传传传的运算。下面介传传传传传。

利用～～～以及式(2.3-32)～可得传入传传传 (2.5-15)

传式在形式上式与(2.3-32)是完全一传的～只不传是把原来数的传传反射系传传传在的传流反射系～阻抗传传传传。把上式传传一化～就得到传一化的传数入传传传 (2.5-16) 由此式～或者把前面传传的表示的式(2.3-30)与表示的式(2.3-31)加以传照～即与可看出～传传传传阻抗传传的传形传传是完全一传的～但传中曲传所表示的意传是不相同的。就是传～如果阻抗传传中的传阻传传传传～传抗传传传传将(即传传～传传)～传传反射系传传传流数反射系～就得到了传传传传。因传～所以数来原在阻抗传传上是传传振幅传腹点;传流传点,的位置～在传传传传上传传是传流振幅传的腹点;传传传点,～同理～在阻抗传传上传传振幅传传点;传流腹点,的位置～在传传传传上传传是传流振幅传的传点;传传腹点,～原来在阻抗传传上是传路点和短路点的位置～在传传传传上传传分传传短路点和传路点的位置～传两传传的匹配点都是坐传原点。传2.5-11是传了传传传传加以传比而传出的阻抗传传和传传传将两画

传的传传示意传～传有一些可传比的量在传中并画未出。

(a)阻抗传传 (b) 传传传传

传2.5-11 阻抗传传传传传传的传传传系与

2.6 阻抗匹配方法

一、阻抗匹配的分传

;1,信源号与传传传的共扼匹配

20

传2.6-1是一由个号当号信源、传传传和传端传传所传成的传传系传的示意传。要求信源传出最大功率传～信源号内与参数的阻抗传由考面朝传传方向看去的传入阻抗互传共传传(共扼匹配)。传和～传传有 ～。者的传阻传相等～传抗的传相等～而性传相反。即两数

传传

信源号

始端匹配装置

传端匹配装置

A

信源号

传传

A’

传2.6-1 信源号的共传匹配 传2.6-2 传传系传匹配示意传

;2,传端传传传传传之传的阻抗匹配与

传使传传吸收全部入射功率而无反射波～传传使传传阻抗传传传的特性阻抗相等～与

称既号达传行波匹配。如果要求信源传出最大功率～同传又要求到行波匹配～那传只有当号内数即号信源的阻抗传传、且等于传传传的特性阻抗传;信源传匹配源传,～以及传端传传也等于传～才能到传传要求。但是～传传上传同传传足传传要求。一般地达很两

传是在信源号装达传;传传传始端,和传端传传传分传加入始端和传端匹配置～以期分传到共扼匹配和行波匹配～如传2.6-2所示。

上面所述～是从号信源传出最大功率和传传吸收全部入射功率的角度传明了阻抗匹配的重要性。传传上～要求从号个信源能传定地工作传角度看～阻抗匹配也是十分必要的～因传信源号会等效传传的任何传化都引起传出功率和工作传率的传化～使工作不传定。外～传传功率传大～而传传传传传之传又传重另当与会失配传～使传波比加大～从填号坏而有可能造成传传传中充介传被传穿而形成短路～致使信源有可能遭到破。可传～量使传传系传传于或接近于行波传是尽状很必要的。传于传量传传中使用的小功率信源号号离减～一般都在信源传加隔器或匹配性能传好的衰器～以消除反射波传信号响源的影。

在传传传用的微波传传中～通常可以通传精心传传信源号离减或采取加隔器、衰器等匹配装号内与很置～使信源的等效阻抗传传传的特性阻抗相等或接近。因此～就一般情而言～阻抗匹配的主要况减即与任传就是如何少传传的反射～传端传传传传传之传的阻抗匹配传传。传传系传中的反射波～根本上传～是由于不从匀均性引起的～而传传阻抗传传传的特性阻抗不相等～传传端传传就与匀被传传一传“不均性”。传了消除反射波～达两尽减匀到行波匹配～通常可采用传方法,一是量少传传本身的不均性～二是在传传系传中加入隔离减装匀它或衰置～以消除反射波～或者加入新的不均性～使所传生的反射波与匀从达状原有的不均性所传生的反射波相抵消～而到行波匹配传。传2.6-3是传传匹配方法的原理性示意传～传中的四端传;用方表网框示,～可以代表

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隔离减网器或衰器～也可以代表无耗的传配器。四端传接入之后～传使其传入端传;传传传传的,传一化传入阻抗近似等于l。

Zc

传制器或隔离器不匹配传传信源号ZinZ~

c传2.6-3 行波匹配

示意传

传于行波匹配～一般可分传窄传传匹配和传传传匹配传情。下面我传只传传两况窄传传的阻抗匹配～至于传传传的阻抗匹配～传者可传传有传传料～传里不予传传。

二、阻抗匹配方法

;1,利用阻抗传传器传行匹配

利用λ/4传传传传阻性传传传行匹配～在2.4传已传传传。传在要传传的是～利用λ/4传也可以传传阻抗的传传传行匹配～传传传把数λ/4传接在;主,传传传上传传一个从位置,传位置朝传传方向看去的传入阻抗传是传传阻性的～传然～传个位置就是传传振幅传的传点或腹点。利用传算的方法或利用传传～以及采用传传的方法～都可以到传找个位置～如传2.6-4(a)所示。此外～传可以采取另一传匹配方法～就是把λ/4传接在;主,传传传的传端传传传～如传2.6-4(b)所示～

传2.6-4 传阻抗传传器

但此传传在传传上传一传度合适;可以传算出,的短路并来支传～用以抵消传传中的传抗成分～而使等效的传传传传传传阻性的传传～传传～就可以利用在从2. 4传中传传传的～利用λ/4传传传传阻性传传传行匹配的传算方法定来确λ/4传的特性阻抗Z’。同理～传于在C

;主,传传传上传传振幅传的传点或腹点传接入的λ/4传～其特性阻抗Z’也是不传定的确。C

;2,利用传传抗性元件传行匹配并

传里所传的传传抗性元件～一般地通传传并称双株传传配器、株传传配器和三株传传配器。传株传传配器的具传形式～因传传传的传型和传不同而传。例如～传于一般的体构构异

双它个双传传或同传传而言～就是一传端短路的传传或传端短路的同传传～其传度是可以传传的～传于矩形波传管;工作于TE模传,而言～传株传可以是一金的个属它螺传～把10

安置在波传传壁中心传位置上的槽传中～其伸入深度是可传传的～其位置可以是固定的～也可沿波传传传方向在槽传中移传～传传～就成了一传构个株传传配器。

双构与株传传配器和三株传传配器的传型和传形式传株传传配器基本上是一传的～只不传是用了或三传两个个株传而已～故此不再传述。

;a,传株传传配器 传 2.6-6是传株传传配器的原理性示意传。传传传相传的短与并路支传就是一传个它株传传配器～距传传Z的距离传d～支传的传度传～是可传的。传传传配与L

器的工作原理可利用传传传传传明～如传来2.6-7所示。

22

传传传传传端接有任意传阻抗传传数Z～其传传传Y(Y?Y)～首先求出的传一化传传它LLLC

y～在传传传传上到传传的点并找与它M～传点传传的反射系的模传数Г1;相传的传波比L

传,。传于均无匀它耗传而言～传上任意位置的传一化传入传传～在传传上的位置必然落在点与M相传传的等反射系传上;指反射系的模数数Г1一传～下同,。由M点传始沿等反射系传传传传方向数与旋传～g=1的传相交于A和B两它点～传距传端传传的距离分传传d和d～A和B两点传传的传一化传入传传分传传1+jb和1-jb(b>0)。如果在d传121并个并传一短路支传～传传其传度～使其传一化的传入传传传～传在传传的等效的传一化传入传传传1+jb-jb=1～于是传传传得到了匹配。同理～也可以在传传一短路并个并支传～传传其传度～使其传一化的传入传传传～传在传传的等效的传一化传入传传传～于是传传传得到了匹配。可传～传足匹配要求的有传据～在传传传用中可传具情传用其中的一传传据。两数体况数

传2.6-5 传株传传配器原理示意传 传2.6-6 用传传传传传明传株传传配器的工作原理

;b,双株传传配器。由于传株传传配器在传传传上的位置需传传传情而定～是传况即～不能传先定～传传于某些传传传的传传～传不方便～因此可以确构来会来双改用传株传传配器～如传2.6-7所示。在和截面传各传一短路并个支传(A和B)～支传A距传端传传的距离d可以传定～两离支传之传的距d可传取～或～但不能传取;传波传而言是12

λ/2～λ是波传波传)～否传两个将支传的作用和位置已传定的支传A的作用一传～就gg

一般而言～传不会双起到用株传传传阻抗匹配的作用。支传A和B的位置确定后～传传它达传的传度和～使传传传到匹配。

双来株传传配器的工作原理可利用传传传传传明～如传2.6-8所示。传便于理解～我传先传传传从假定已传被匹配好传起。此传在截面BB’传传的传一化传入传传传传y=1～是传即～BB’当不考传支传B的作用传～传截面传的传一化传入传传传落在传传传传中g=1的传上～传传的传即部传1～而其部～传可利用传传虚支传B的传度～使传它生的传入传传;jb或-jb,抵消虚BB部的影响从～而在截面BB’传得到y=1～使传传传得到匹配。BB’

传2.6-7 双株传传配器及其等效传路 传2.6-8 用传传传传传明双株传传配器的工作原理

传在根据上面所传的传截面BB'传传一化传入传传的要求～倒推回到截面AA传～看如何才能到传传要求。在截面达AA'传传的传一化传传传落在传传传传中传传的传;传助传,上,若以坐传原点传作传旋传传～沿传传传方向传传传将个旋传(4d/λ)rad～传传它与g=1的传相重2

合;传2.6-8中的d=λ/8)。在未考传支传A的作用传～AA传的传一化传入传传不一定恰2

好落在传助传上～而是落在g传某传的传上。接个当入支传A之后～不能它并改传AA传的g传～而只能改传传传的传传传～传传～就可以借传传支传A的传度～使AA传的传传传生传化从从而使传传传的传一化传入传传传生传化～直至使其落在传助传上。传传上看～传未考传支传A的作用传～AA传的传一化传入传传传y～它落在g传某一传的传上～传传当支传A的传度传～iA

传传传生了传化～而使从AA传传的传一化传入传传也传生传化～传传上的即从y点传始～沿着iA等传向上移传～直至传与yAA'助传相交于一点～传点的传一化传入传传就是所要求的。以

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传点到坐传原点的距离径画将传半、坐传原点传传心传～沿此传传点传传传方向旋传(4d/λ)rad～落在g=1的传上的一点～传点表示不考传支传B的作用传～截面BB传传2

一化的传入传传y～的传部传它1～的部可用传传它虚支传B的传度～所传生的传传来抵消iB

掉～而使从BB传传的传一化传入传传yBB'=1～此我传传始所传的即状假定已被匹配好的传。

传加深传双株传传配器原理的理解～下面用一传例传明其传程。

例2.6-1 利用双并靠株传短路支传传传传传;主传,传行匹配～传第一支传;近传传,距传端传传传d=0.1λ～支传传度传l～第二支传;传传传,第一离与支传相距传d=λ/8～支传传度112传l～传传阻抗传Z=(200+j100)Ω～主传和支传的特性阻抗均传100Ω～求l和l。2L12

解,;1,传传传传传Y=1/Z?0.0067-j0.0033s～主传和支传的特性传传传LL

Y=1/Z=0.01s～传传传一化传传传y=Y/Y=0.67-j0.33～其在传传传传上的点传A～传传传传最00LL0

外传刻度传0.422λ。

;2,A点沿等反射系传传传传数旋传d=0.1λ～传传传传最外传刻度传0.022λ～得到B1

点。B点的传一化传传传0.575+0.1。

;3,依据d=λ/8作传助传～B点沿等传传传传传传旋传～直至B点相交于传助传上C2

和D点～C、D点传传的传一化传传分传传0.575+0.08、0.575+1.9～C、D点与B点传传的传一化传传增加分传传-0.02、1.8～此传l支传的传一化传传～因此l支传传度分传传110.246λ、0.418λ。

;4,将C、D点沿等反射系传传传传数旋传λ/8与g=1等传传传相交于E、F点～E、F点传传的传一化传传分传传0.6、-2.6～l支传的传一化传传传分传传-0.6、2.6～因此l支传传21度分传传0.163λ、0.31λ。

D

C

A

B

EB

F

思考传传传与

2-1 什传是传传传的特性阻抗～些因它与哪素有传。

2-2 什传是行波～的特点是什传～在什传情下得到行波～什传是传传波～它况会它

有什传特点～在什传情下传况会生传传波,

2-3 在某传刻传察无耗传传传沿传各点传传的瞬传传皆传零～而在一传另刻沿传各点传流的瞬传传皆传零。传,传上反射系的模是多少,传波比是多少,数

24

2-4 传传传的特性阻抗传～行波系传数K～传端传传传～第一传传最小点个离距传端的距传～传求的表示式。

2-5 如传所示～主传上各段的特性阻抗分传传～～支传的特性阻抗～传传～传求AA' , BB'和CC'传的传入阻抗～出主传上各段和画支传上的传传和传流幅传的分布传。

传传2-5 用传 传传2-6 用传

2-6 如传所示～主传和支传的特性阻抗均传～信源号内画传传的幅传传～阻～～～传出主传和支传上传传和传流幅传的分布传。

2-7 利用传传作下列传传。传特性阻抗～传传传阻抗～传传传传传～传传入阻抗～传传入传传～l传传传传的传度～传工作波传。传传传均匀、无耗传。

(1) ～～求传端反射系。数

(2) ～～求传波比。

(3) ～～求。

(4) ～～～～求l。

(5) ～～求距传端传的。

(6) ～在传端传传传传一短路并个支传～其传入阻抗传～传波比s=2～第一传传最小点个的位置距传端～求。

2-8 传传传的传端传传传～用传传并株短路支传传行匹配～主传和支传的特性阻抗均传～传求支传的接入位置和传度。

2-9 传传传传端传传的传传～用传传并株短路支传传行匹配～主传和支传的特性阻抗均传～传求支传的接入位置和传度。

2-10 利用双并靠株传短路支传传传传传;主传,传行匹配～传第一支传;近传传,距传端传传传～支传传度传～第二支传;传传传,第一离与支传相距传～支传传度传传传阻抗传～求和。

(1) Z=(50+j100)Ω～主传和支传的特性阻抗均传～～。L

(2) Z=(142+j128)Ω～主传和支传的特性阻抗均传～～。L

(3) Z=(75+j150)Ω～主传与支传特性阻抗均传～～。L

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范文二：2015年微波工程导论第2章传输线理论与阻抗匹配

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2015年微波工程导论第2章传输线理论与阻抗匹配

第二章 传输线理论与阻抗匹配

微波传输线理论(或长线理论)是微波技术的基础。本章首先从“路论”的观点研究普通的TEM波传输线，给出传输线的基本概念、传输特性、计算公式，这一节是微波传输线的基础;然后介绍阻抗匹配理论及其匹配方法。

2.1 传输线基本概念

(1)什么是传输线,传输线的作用是什么,

广义地讲，凡是能够导引电磁波沿一定方向传输的导体、介质或由它们共同组成的导波系统，都可以称为传输线。传输线是微波技术中最重要的基本元件之一，这是因为它不仅可以把电磁波的能量从一处传输到另一处，而且还可用它作为基本组成部分来构成各种用途的微波元(器)件。

(2)传输线有哪几类,

具体传输线的种类是很多的，而且可按不同的标准分类。

若按传输线所导引的电磁波的波型(亦称模、场结构或场分布)来划分，则可分为三种类型，图2.1-1给出了这三种类型传输线中比较典型和常用的传输线的结构简图，但并非是传输线的全部。

图2.1-1 传输线的种类

(1)TEM波和准TEM波传输线;(2)TE波和TM波传输线;(3)表面波传输线。 (a)平行双导线;(b)同轴线;(c)带状线;(d)微带线;(e)———————————————————————————————————————————————

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矩形波导;(f)圆形波导; (g)脊形波导;(h)椭圆波导;(i)介质波导;(j)镜像线;(k)单根表面波传输线

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? TEM波传输线，如双导线、同轴线、带状线和微带线(严格地讲，是准TEM波)等，它们都属于双导体传输系统，多导体系统也可以传输TEM波;

? TE波和TM波传输线，如矩形、圆形、脊形和椭圆形波导等，它们是由空心金属管构成的，属于单导体传输系统(双导体和多导体传输系统在一定条件下，例如，当传输线的横向尺寸与工作波长相比足够大时，也可以传输TE和TM波，但一般不常用，常用的是主模TEM波);

? 表面波传输线，如介质波导(包括光波导)，介质镜像线，以及单根的表面波传输线等，电磁波聚集在传输线内部及其表面附近沿轴线方向传播，一般的是混合波型(TE波和TM波的叠加)，某种情况下也可传播TE或TM波。

此外，还有一些结构上更为复杂的传输线，它们是上述三种基本类型的组合和发展。

(3)对传输线的基本要求是什么,

工作频带宽、功率容量大、工作稳定性好、传输损耗小、尺寸小、成本低是对传输线的最基本要求。

在实际应用中，从减少传输损耗(导体损耗、介质损耗和辐射损耗)、屏蔽性好、受外界干扰小，以及减小结构尺寸和工艺上的可实———————————————————————————————————————————————

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现性来考虑，在米波或分米波中的低频段范围内，常采用双导线或同轴线;在厘米波范围内常采用空心金属波导管以及带状线和微带线等;在毫米波范围常采用空心金属波导管、介质波导、介质镜像线和微带线;在光频波段则常采用光波导(光纤)。

(4)传输线理论主要内容是什么,

传输线理论主要包括两方面的内容:一是研究所传输波型的电磁波在传输线横截面内电场和磁场的分布规律(亦称场结构、模、波型)，称为横向问题;二是研究电磁波沿传输线轴向的传播特性和场的分布规律，称为纵向问题。

横向问题要通过求解电磁场的边值问题来解决，不同类型或同一类型但结构型式不同的传输线，具有不同的边界条件，应分别加以研究。

但是，各类传输线的纵向问题却有很多共同之处，例如，都是沿轴线方向把电磁波的能量从一处传向另一处，都是一种波的传播(波动)，而且，由于传输线终端所接负载的不同，当沿着传输线的纵向(轴向)观察时，可能是行波、行驻波或纯驻波，因此，尽管传输线类型不同，但都可以用相同的物理量来加以描述。可见，如果我们的着重点不是各类传输线横截面内的场结构(横向问题)，而是它的纵向问题，则可以用一

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范文三：2015年微波工程导论第2章传输线理论与阻抗匹配

2015年微波工程导论第2章传输线理论与阻抗匹配

第二章 传输线理论与阻抗匹配

微波传输线理论(或长线理论)是微波技术的基础。本章首先从“路论”的观点研究普通的TEM波传输线，给出传输线的基本概念、传输特性、计算公式，这一节是微波传输线的基础;然后介绍阻抗匹配理论及其匹配方法。

2.1 传输线基本概念

(1)什么是传输线,传输线的作用是什么,

广义地讲，凡是能够导引电磁波沿一定方向传输的导体、介质或由它们共同组成的导波系统，都可以称为传输线。传输线是微波技术中最重要的基本元件之一，这是因为它不仅可以把电磁波的能量从一处传输到另一处，而且还可用它作为基本组成部分来构成各种用途的微波元(器)件。

(2)传输线有哪几类,

具体传输线的种类是很多的，而且可按不同的标准分类。

若按传输线所导引的电磁波的波型(亦称模、场结构或场分布)来划分，则可分为三种类型，图2.1-1给出了这三种类型传输线中比较典型和常用的传输线的结构简图，但并非是传输线的全部。

图2.1-1 传输线的种类

(1)TEM波和准TEM波传输线;(2)TE波和TM波传输线;(3)表面波传输线。 (a)平行双导线;(b)同轴线;(c)带状线;(d)微带线;(e)矩形波导;(f)圆形波导; (g)脊形波导;(h)椭圆波导;(i)介质波导;(j)镜像线;(k)单根

表面波传输线

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? TEM波传输线，如双导线、同轴线、带状线和微带线(严格地讲，是准TEM波)等，它们都属于双导体传输系统，多导体系统也可以传输TEM波;

? TE波和TM波传输线，如矩形、圆形、脊形和椭圆形波导等，它们是由空心金属管构成的，属于单导体传输系统(双导体和多导体传输系统在一定条件下，例如，当传输线的横向尺寸与工作波长相比足够大时，也可以传输TE和TM波，但一般不常用，常用的是主模TEM波);

? 表面波传输线，如介质波导(包括光波导)，介质镜像线，以及单根的表面波传输线等，电磁波聚集在传输线内部及其表面附近沿轴线方向传播，一般的是混合波型(TE波和TM波的叠加)，某种情况下也可传播TE或TM波。

此外，还有一些结构上更为复杂的传输线，它们是上述三种基本类型的组合和发展。

(3)对传输线的基本要求是什么,

工作频带宽、功率容量大、工作稳定性好、传输损耗小、尺寸小、成本低是对传输线的最基本要求。

在实际应用中，从减少传输损耗(导体损耗、介质损耗和辐射损耗)、屏蔽性好、受外界干扰小，以及减小结构尺寸和工艺上的可实现性来考虑，在米波或分米波中的低频段范围内，常采用双导线或同轴线;在厘米波范围内常采用空心金属波导管以及带状线和微带线等;在毫米波范围常采用

空心金属波导管、介质波导、介质镜像线和微带线;在光频波段则常采用光波导(光纤)。

(4)传输线理论主要内容是什么,

传输线理论主要包括两方面的内容:一是研究所传输波型的电磁波在传输线横截面内电场和磁场的分布规律(亦称场结构、模、波型)，称为横向问题;二是研究电磁波沿传输线轴向的传播特性和场的分布规律，称为纵向问题。

横向问题要通过求解电磁场的边值问题来解决，不同类型或同一类型但结构型式不同的传输线，具有不同的边界条件，应分别加以研究。

但是，各类传输线的纵向问题却有很多共同之处，例如，都是沿轴线方向把电磁波的能量从一处传向另一处，都是一种波的传播(波动)，而且，由于传输线终端所接负载的不同，当沿着传输线的纵向(轴向)观察时，可能是行波、行驻波或纯驻波，因此，尽管传输线类型不同，但都可以用相同的物理量来加以描述。可见，如果我们的着重点不是各类传输线横截面内的场结构(横向问题)，而是它的纵向问题，则可以用一

范文四：工程导论

讲座:

工程导论

报告人:

主要内容

一、工程是什么 (定义、属性、成就)

二、工程领域及环境 (领域、团体、文化)

三、工程师 (职能、角色、培养)

四、工程过程 (设计、生产/施工)

五、地质工程学科/专业

(属性、领域、培养)

1、工程成就

、 (2)古代中国伟大工程成就

世界最先了解中国技术的是古代的四大发明,对于 推进整个世界的文明起了至关重要的作用。

火药:9世纪后半叶唐末宋初

指南针:战国

造纸术:东汉

印刷术:雕版印刷术 — 隋代 ;活字印刷术 — 北宋

1、工程成就

、

(2)古代中国伟大工程成就

造船:中国是世界上造船历史最悠久的国家之一 。公元十五世纪初的明代初年,郑和七次下 “ 西洋 ” 。 防腐技术:马王堆湿尸,公元前186年。

钻凿井技术:七千年前浙江省余姚县河姆渡水井 都江堰:公元前256年无坝水利工程

长城:秦始皇时代防御工程

大运河:

隋朝

一、工程是什么 1、工程成就

、 (3)现代中国伟大工程成就

“ 两弹一星 ” 、 “ 奔月 ” 工程、汉字激光照排系统 、南水北调、西气东输、三峡工程、电信工程、广播 与电视、计算机、石油化工、先进材料、农作物增产 技术、畜禽水产养殖技术、轻工纺织、医学科学和医 疗技术、电气化、大江大河治理、地质勘探和资源开 发、城市化、采煤、铁路、公路、船舶设计制造、机 械制造、航空

作业1:列举两个你认为最重要的人类工程成就并阐 述理由。

一、工程是什么

2、古汉字对工程的诠释

(1)工

、 工,如今既可单用,也可作偏旁。凡从工取义的字皆 与捣击、事功、法规、技巧等义有关。

以工作义符的字有:巧、式。

以工作声兼义符的字有:功、红、巩、攻。

以工作声符的字有:汞、贡、空、虹、讧、扛、缸、 肛、杠、江、豇、项、邛。

一、工程是什么

2、古汉字对工程的诠释

(3)工程

、

人+工具/手段 +生产/施工的作业方式+材料 具有一定功能的物件 /系统

一、工程是什么

2、古汉字对工程的诠释

(3)工程

、

市场调查/预测、设计、论证、生产

纽扣

2、古汉字对工程的诠释 (3)工程

、

投资者

纽扣设计(工程)师、纽扣制造工程师、工人 服装设计(工程)师、服装制作工程师 管理者

市场人员、客户

人:

笔、尺、规、机床、电脑、CAD软件、运输 工具、绘图机、打印机

工具/手段:

2、古汉字对工程的诠释 (3)工程

、

纸、扣材

材料:

网上调查、咨询会议、现场调研

手工设计、电脑设计

现场论证会、信函论证、视频论证会、现场征 求意见

大批量生产、小批量生产

集中生产、分包生产

手工制作、机械化生产、自动化生产

一次成型、分流程制作

作业方式:

3、工程基本属性

、

(1)工程的定义与意义

工程是 “ 造物 ” 活动,它把事物从一种状态变换 为另一种状态,创造出地球上从未出现过的物品或 过程,乃至今天的人类生活于其中的世界。它们直 接决定着人们的生存状况,长远地影响着自然环境, 这是工程活动的意义所在。

3、工程基本属性 、

(1)工程的定义与意义

河北平山白鹿温泉

3、工程基本属性

、

(2)工程的特性

工程具有三大特性:实践性、综合性、创造性 实践性:调查 (勘查 ) 、设计、论证、制造(施工)等 综合性:知识、人员、过程等

创造性:结构、外观、生产工艺等

活动、知识体、专业性

一、工程是什么 3、工程基本属性

、

(2)工程的特性

创造性:结构、外观、生产工艺等

国 家 级 一 孔 多 层 地 下 水 示 范 监 测 井 建 设

一、工程是什么 3、工程基本属性

、

(2)工程的特性

活动

3、工程基本属性

、

(2)工程的特性

创造性:结构、外观、生产工艺等 知识体

3、工程基本属性

、

(2)工程的特性

创造性:结构、外观、生产工艺等

专业性

PVC — U 塑料过滤管 兄弟单位考察

一、工程是什么 3、工程基本属性

、

(3)工程与科学、技术、艺术的区别和联系 工程

科学 技术

科学+技术 工程

上世纪60年代科学证明

可行,2003年发射

艺术

一、工程是什么 3、工程基本属性

、

(3)工程与科学、技术、艺术的区别和联系 工程

科学 技术 科学、技术

工程

材料学、天文学、制导

技术、制造技术、生命

科学等

艺术

一、工程是什么 3、工程基本属性

、

(3)工程与科学、技术、艺术的区别和联系 工程

科学 技术

工程是艺术的体现,

但不等于艺术,工程

具有使用功能。

外观、结构

艺术

3、工程基本属性

、

(3)工程与科学、技术、艺术的区别和联系

科学 :(1)是关于自然、社会、思维的知识体系;( 2)是认知活动;(3)社会化事业 —— 是什么?为什 么?

技术:人类为满足自己的物质生产、精神生产及其他 非生产性活动的需要,利用自然和社会规律创造的一 切物质手段及方法的总和。 —— 怎么做?

工程:—— 怎么做? —— 怎么样?

3、工程基本属性

、

(3)工程与科学、技术、艺术的区别和联系

技术既包括主体要素(技能、经验) , 也包括客 体要素(天然和人工物质、科学知识) ; 既是静态的 实体, 也是动态的过程。

工程不等于工程技术, 因为工程还有非技术内容 , 如: 政治, 即工程要受方针、路线、政策约束; 经 济, 即工程要考虑成本、效益、效率、节约、市场价 值、销售等; 环境, 即工程应满足社会、公众当前的 需求并考虑持续的发展; 以及法律、美学 ? ?

工程是改造世界、改造自然的实践过程; 而工程 技术存在于工程之中, 是推动工程得以有序进行的手 段。

一、工程是什么 3、工程基本属性

、

(3)工程与科学、技术、艺术的区别和联系

技术既包括主体要素(技能、

经验) , 也包括客体要素(天然和

人工物质、科学知识) ; 既是静

态的实体, 也是动态的过程。

国 家 级 一 孔 多 层 地 下 水 示 范 监 测 井 建 设

3、工程基本属性

、

(3)工程与科学、技术、艺术的区别和联系

工程不等于工程技术, 因为工程还有非技术内容, 如 : 政治, 即工程要受方针、路线、政策约束; 经济, 即工程要考虑成本、效益、效率、节约、市场价值、 销售等; 环境, 即工程应满足社会、公众当前的需求 并考虑持续的发展; 以及法律、美学 ? ?

3、工程基本属性

、

(3)工程与科学、技术、艺术的区别和联系

工程不等于工程技术, 因为工程还有非技术内容, 如 : 政治, 即工程要受方针、路线、政策约束; 经济, 即工程要考虑成本、效益、效率、节约、市场价值、 销售等; 环境, 即工程应满足社会、公众当前的需求 并考虑持续的发展; 以及法律、美学 ? ?

3、工程基本属性

、

(3)工程与科学、技术、艺术的区别和联系

3、工程基本属性

、

(3)工程与科学、技术、艺术的区别和联系 艺术:是人们把握现实世界的一种方式,艺术活动是 人们以直觉的、整体的方式把握客观对象,并在此基 础上以象征性符号形式创造某种艺术形象的精神性实 践活动。它最终以艺术品的形式出现,这种艺术品既 有艺术家对客观世界的认识和反映,也有艺术家本人 的情感、理想和价值观等主体性因素,它是一种精神 产品。

　　艺术最主要、最基本的特征是审美价值。 —— 形 象?

3、工程基本属性

、

(3)工程与科学、技术、艺术的区别和联系

《美国土木工程师协会章程》认为, 工程是把科 学知识和经验知识应用于设计、制造或完成对人类有 用的建设项目、机器和材料的艺术。但这里的艺术不 同于表演艺术、造型艺术, 而是通过塑造工程形象, 反映社会生产和生活需求, 并表现作者的思想感情。 工程作为一种艺术, 更强调实用、经济与美观的统一, 强调工程师的想象力、创造力与工程管理(包括人、财 、物、时、空、环境) 的和谐一致。

一、工程是什么 3、工程基本属性

、

(3)工程与科学、技术、艺术的区别和联系 岩、土

基桩、基

坑、隧道

、井、锚

、软基、

护体

一、工程是什么 3、工程基本属性

、

(4)工程的特征

社会目标明确 —— 一切工程活动都是为了满足某种社会 需要, 因而, 充分理解社会(市场) 需要是工程成败的 重要因素。

制约因素众多 —— 工程方案的选择和实施受到技术、设 施、材料、资金、劳动力、法律、公众等诸多因素的制 约。

讲求经济效益 —— 成功的工程项目不但技术上先进可行 , 经济上也应当成本最低、效益最高。

实施综合平衡 —— 工程中存在许多不确定因素和互相矛 盾的要求, 只有系统的综合平衡, 才能最大限度地满足 社会目标, 取得良好效益。

3、工程基本属性

、

(4)工程的特征

制约因素众多 —— 工程方案的选择和实施受到技术、设 施、材料、资金、劳动力、法律、公众等诸多因素的制

约。

3、工程基本属性

、

(4)工程的特征

制约因素众多 —— 工程方案的选择和实施受到技术、设 施、材料、资金、劳动力、法律、公众等诸多因素的制 约。

武汉市面向21世纪的一篇力作:武汉白沙洲长江大桥(武 汉长江三桥) ……“ 伤心桥 ”

沥青混凝土与钢箱梁之间粘结得不牢

3、工程基本属性

、 (4)工程的特征

工程是一个过程, 产品是其最终结果。

一、工程是什么 3、工程基本属性

、 (4)工程的特征

工程是一个过程, 产品是其最终结果。

二、工程领域及环境 1、工程学科/专业领域

、

学科:指一定科学领域或一门科学的专业分支,是 与知识相联系的一个学术概念,是自然科学、社会科学 两大知识系统内知识子系统的集合概念,学科是分化的 科学领域,是自然科学、社会科学概念的下位概念。 依据学科研究对象、研究特征、研究方法、学科的 派生来源、研究目的、目标等五个方面对学科进行分类 。 我国目前普通高校的研究生教育和本科教育的学科划 分均为11大门类:哲学、经济学、法学、教育学、文学 、历史学、理学、 工学、 农学、医学、管理学。在各门 类下又设若干学科领域。

1、工程学科/专业领域

、

专业:一般指高校或中等专业学校根据社会分工需 要而划分的学业门类。实际上,专业有广义、狭义和特 指三种解释。

广义的专业是指某种职业不同于其他职业的一些特 定的劳动特点。

狭义的专业,主要指某些特定的社会职业。这些职 业的从业人员从事的是比较高级、复杂、专门化程度较 高的脑力劳动。一般人所理解的专业,大多就是指这类 特定的职业。

特指的专业,即高等学校中的专业。

1、工程学科/专业领域

、

学科是科学知识体系的分类,不同的学科就是不同 的科学知识体系;专业是在一定学科知识体系的基础上 构成的。

学科的基本要素主要有三:研究的对象或研究的领 域;理论体系化的知识系统;方法论,即学科知识的生 产方式。学科发展的目标是知识的发现和创新。学科以 知识形态的成果服务于社会,一般称之为科研成果 。 —— 研究生培养

专业的构成要素主要包括:专业培养目标、课程体系 和专业人员。专业的目标是为社会培养各级各类专门人 才。 —— 本科生培养

范文五：工程导论

工程导论课程设计报告

精馏塔提馏段温度控制系统

时 间 2013年12月 学 院 专业班级 姓 名 学 号

2013

年 12 月

1、应用背景

随着石油化工的迅速发展，精馏操作的应用越来越广，分流物料的组分越来越多，分离的产品纯度越来越高。采用提馏段温度作为间接质量指标，它能够较直接地反映提馏段产品的情况。将提馏段温度恒定后，就能较好地确保塔底产品的质量达到规定值。所以，在以塔底采出为主要产品、对塔釜成分要求比对馏出液高时，常采用提馏段温度控制方案。由于精馏塔操作受物料平衡和能量平衡的制约，鉴于单回路控制系统无法满足精馏塔这一复杂的、综合性的控制要求，设计了基于串级控制的精馏塔提馏段温度控制系统。

2、工艺要求

精馏塔是化工生产中分离互溶液体混合物的典型分离设备。它是依据精馏原理对液体进行分离，即在一定压力下，利用互溶液体混合物各组分的沸点或饱和蒸汽压不同，使轻组份（即沸点较低或饱和蒸汽压较高的组分）汽化。经多次部分液相汽化和部分气相冷凝，使气相中的轻组分和液相中的重组分浓度逐渐升高，从而实现分离的目的，满足化工连续化生产的需要。精馏塔塔釜温度控制的稳定与否直接决定了精馏塔的分离质量和分离效果，控制精馏塔的塔釜温度是保证产品高效分离，进一步得到高纯度产品的重要手段。维持正常的塔釜温度，可以避免轻组分流失，提高物料的回收率，也可减少残余物料的污染作用。

影响物料平衡因素包括进料量和进料成分变化，顶部馏出物及底部出料变化；影响能量平衡因素主要包括进料温度或热焓变化，再沸器加热量和冷凝器冷却量变化，及塔的环境温度变化。采用串级控制系统能有效地去除蒸汽压强的波动对温度的影响。使用超驰控制系统控制釜液输出端，在塔釜温度较低时，塔底不出料只有当温度达到低线以上，液位控制器取代温度控制器以后，才有出料排出。

影响精馏塔温度不稳定的因素主要是来自外界来的干扰（如进料流量，温度及成分等的变化对温度的影响）。一般情况下精馏塔塔釜的温度，我们是通过控制精馏塔釜内灵敏板的温度来控制的。灵敏板是当外界条件或负荷改变时精馏塔内温度变化最灵敏的一块塔板。以往调节只是采用灵敏板温度调节器单一回路调节，调节反应慢，时间滞后，对精馏操作而言，产品的纯度很难保证。精馏塔是一个多输入多输出的对象，它由很多级塔板组成，内在机理复杂，对控制要求又大多较高。这些都给自动控制带来一定的困难。同时各塔工艺结构特点有千差万

别，这需要深入分析特性，结合具体塔的特点，进行自动控制方案设计和研究。精馏塔的控制最终目标是：在保证产品质量的前提下，使回收率最高，能耗最小，或使总收益最大。在这个情况为了更好实现精馏的目标就有了提馏段温度控制系统的产生。

3、控制方案构思与制定

精馏塔的控制目标应是：在保证产品质量合格的前提下，使塔的总收益（利润）最大或成本最小。具体对一个精馏塔来说，需从四个方面考虑，设置必要的控制系统。

（1）产品质量指标控制

塔顶或塔底产品之一合乎规定的分离纯度，另一端产品成分应维持在规定的范围内。在某些特定的条件下也有要求塔顶和塔底产品均保证一定纯度的要求。

（2）物料平衡控制

塔顶、塔底的平均采出量应等于平均进料量，而且这两个采出量的变动应该比较缓和，以维持塔的正常平稳操作，以及上下工序的协调工作。为此，必须对冷凝液罐（回流罐）和塔釜液位进行控制，使其介于规定的上、下限之间。

（3）能量平衡控制

应使精馏塔的输入、输出能量维持平衡，使塔的操作压力维持稳定。 （4）约束条件控制

为保证精馏塔正常而安全地运行，必须使某些操作限制在约束条件之内。常用的精馏塔限制条件有液泛限、漏液限、压力限和临界温差限等。所谓液泛限也称气相速度限，即塔内气相上升速度过高时，雾沫夹带十分严重，实际上液相将从下面塔板倒流到上面塔板，产生泛液，破坏正常操作。漏液限也称最小气相上升速度限，当气相上升速度小于某一数值时，将产生塔板漏液，板效率会下降。防止液泛和液漏，可通过塔压降或压差来监视气相速度，一般控制气相速度在液泛附近略小于液泛点较好。

压力限是指塔的操作压力限制，一般是最大操作压力限，就是说塔的操作压力不能过大，否则会影响塔内的汽液平衡，严重超限甚至会影响到安全生产。

临界温差限主要是指再沸器两侧的温差限度，当这一温差高于临界温差时，给热系数会急剧下降，传热量会随之下降，将不能保证塔的正常传热的需要。

如下图所示在蒸汽输入端引入串级控制系统，在塔釜出料端引入选择性控制

系统。其P&ID图如图1所示

图1 精馏塔提馏段复杂控制系统

4、控制机理说明

影响精馏塔提馏段过程的因素是多方面的，而提馏段是在一定物料平衡和能量平衡的基础上进行操作的，因此，分析精馏塔的物料和能量平衡对制定提馏段控制策略至关重要。 4.1物料平衡关系

对提留段内任一塔板j 作物料平衡计算，其组分的物料平衡关系为：

V y =L x

s

j

s

j -1

-B

j

x

j -1快塔板留下的液相中

式中，V s 表示各层塔板的上升蒸汽量，y 为塔板j 上气相的轻组分浓度，

L 为提留段内各层踏板的下流液体流量，x j -1是从

s

轻组分浓度，B 为塔釜采出量，X 为塔釜采出物轻组分的浓度。 4.2 能量平衡关系

在稳态时，进入精馏塔的所有能量必然与离开塔的能量相平衡，表示为：

Q =F H =Q +D H D +B H B

H

F

C

式中，F 、D 、B 分别表示进料量、塔顶采集量和塔釜采出量，Q H 为

再沸器加热量，Q 为冷凝器冷却量，H F 、H D 、H B 分别为进料、塔顶和塔

C

釜产品的热焓。从平衡方程并结合精馏塔工艺特点，不难看出影响能量平衡的因素为：进料量、进料浓度、进料温度和进料状态、再沸器的加热量、冷凝器冷却量、回流量。

5、系统硬件组成

检测变送器、温度变送器、流量变送器、液位变送器、执行器、调节器 调节器与执行器、检测变送器的选型

调节器、执行器、变送器的控制信号均采用国际标准信号制，即4~20mA直流电流和1~5V直流电压。信号电流和电压的转换电阻为250Ω。

表1 器件选型

6、系统结构图

串级控制部分的结构框图如图2所示

图2 串级控制部分结构框图

本系统釜底液位和温度的超驰控制系统框图如图3所示：

图3 超驰控制系统框图

7、控制算法选择

1、蒸汽输入端串级控制系统

串级控制系统就是两只调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。一次扰动：作用在主被控过程上的，而不包括在副回路范围内的扰动。二次扰动：作用在副被控过程上的，即包括在副回路范围内的扰动。

为了提高精馏效率和保证产品纯度，我们采用灵敏板温度调节器与再沸器加热蒸汽流量调节器串级控制系统来对灵敏板温度进行控制。其中灵敏板温度调节器是主调节器，再沸器加热蒸汽流量调节器是副调节器，对映的主被控变量为提馏段温度，副被控变量为蒸汽流量。

在串级控制回路中，根据安全运行准则，当系统出现故障时，蒸汽阀门应处于关闭状态，所以选择阀门1为气开阀，所以K v 1>0。

根据工艺条件确定副被控对象的特性。阀打开，蒸汽量增加，可确定

K

P 2

>0。

根据负反馈准则，选反作用控制器，即：K C 2>0。蒸汽量增加，提馏

段温度升高，K P 1>0。

根据负反馈准则，选反作用控制器，即K C 1>0。

副控制器是反作用，主控制器从串级切换到主控时，主控制器的作用方式不

变。

通过实际改造和使用，串级控制系统增加副控制回路，是控制系统性能得到改善，表现在下列方面。

（1）、抗干扰性强。由于主回路的存在，进入副回路的干扰影响大为减小。同时，由于串级控制系统增加了一个副回路，具有主、副两个调节器，大大提高了调节器的放大倍数，从而也就提高了对干扰的克服能力，尤其对于进入副回路的干扰。表现更为突出。

（2）、及时性好。串级控制对克服容量滞后大的对象特别有效。 （3）、适应能力强。串级控制系统就其主回路来看，它是一个定值控制系统，但其副回路对主调节器来说，却是一个随动控制系统，主调节器能够根据对象操作条件和负荷的变化情况不断纠正副调节器的给定值，以适应操作条件和负荷的变化。

（4）、能够更精确控制操纵变量的流量。当副被控变量是流量时，未引入流量副回路，控制阀的回差、阀前压力的波动都会影响到操纵变量的流量，使它不能与主控制器输出信号保持严格的对应关系。采用串级控制系统后，引入流量副回路，使流量测量值与主控制器输出一一对应，从而能够更精确控制操纵变量的流量。

通过采用串级控制系统，塔釜温度控制更加平稳，产品纯度很高，随着控制系统软件和硬件的不断发展和完善，计算机集散型控制系统的应用和普及，精馏塔的分离质量将会越来越好，分离精度也将会越来越高。

2、釜液输出端的超驰控制系统

控制回路中有选择器的控制系统称为选择性控制系统。选择器实现逻辑运算，分别为高选器和低选器两类。高选器（>）输出是其输入信号中的高信号，低选器（<>

高选器 u 0= 低选器 u 0=

max(u i min(u i

1

，u i 2 ，···)

1

，u i 2 ，···)

选择器将逻辑运算规律引入控制算法，极大丰富自动化内容和范围，成为一类基本控制系统结构。

使用选择性控制系统的目的如下：

生产过程中某一工况参数超过安全软限时，用另一个控制回路替代原有控制

回路，使工艺过程能安全运行，这类选择性控制系统称为超驰控制系统。

在本系统中，开车时，塔釜温度较低，应保证塔底不出料。因塔底已有液位，经LT 和正作用LC 控制器，输出升高，但塔温尚低，因此，低设置值的控制器TC2输出较小，被低选器LY 选中，用于控制塔底出料，即关闭采出控制阀。只有当温度达到低线以上，液位控制器取代温度控制器以后，才有出料排出。 （1）. 选择器类型的选择

1）选择控制阀。根据安全运行准则，选择控制阀为气开阀，K V 0。 2）选择被控对象增益。开车时，塔釜温度较低，为保证塔底不出料，应用温度取代液位控制，此时构成一个单闭环温度控制系统。阀门打开，温度降低，Kp1<><>

3）确定正常控制器和取代控制器的正反作用。根据负反馈原则，可确定Kc1<><0，温度和液位都选择正作用的控制器。 （2）.="">

超驰控制系统要求超过安全软限时能迅速切换到取代控制器。因此取代控制器应选择比例度较小的P 或PI 控制器。

8、参数调试与动态性能仿真

串级控制系统matlab 仿真分析

图4 串行控制系统图

图5 串行控制系统仿真图

图6 串行控制系统图

图7串行控制系统仿真图

这里Kc=10 ，Ti=1，D=0采用PID 控制器，有仿真图可看出随着P 的增大，系统稳定性增强，振荡幅度降低。 液位控制系统仿真分析

图8选择性控制系统图

图9选择性控制系统仿真图

图10 选择性控制系统图

图11 选择性控制系统仿真图

这里Kc=200 ，Ti=1，D=0采用PID 控制器，有仿真图可看出随着P 的增大，系统稳定性下降，振荡幅度增大。

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