入反射理论基础

只看该作者 · 2019-1-4 13:15

eyuge2 发表于 2019-1-3 18:04
哈哈，
看了一下传输线方程，感觉入射反射完全是数学计算的结果，只是人为的把波形分成了入射波和反射波， ...

入射和反射必然涉及到波的速度和方向。在没有尺寸的情况下，谈入射和反射无法分辨。
在传输线参考面上都有等效端口阻抗，入反射问题就可以转化为处理阻抗间的问题，用反射系数 r 公式来处理。

r=(ZL-Z0)/(ZL+Z0)

同样，r 没有频率限制。

2万 · 2019-1-4 13:55

一口一个没有频率限制，多看点书再来论坛吹牛就这么难吗？世界上存在某个公式是无条件成立的吗？

虽说没有个严格标准界限，但一般说300M~1G是射频范围，1G~300G属于微波频率范围。

只看该作者 · 2019-1-4 14:28

jz0095 发表于 2019-1-4 13:15
入射和反射必然涉及到波的速度和方向。在没有尺寸的情况下，谈入射和反射无法分辨。
在传输线参考面上都 ...

可能是我没有说清楚。
电磁波从A点向B点传播，在B点产生反射。由A到B的波称为入射波，从B到A的称为反射波。
在描述入射波和反射波的的表达式会有变量t（时间）和x（距离）。t和x前面的系数符号（正负号），用来区别入射波和反射波。

如果没有了变量x，就无法区分入射波和反射波。

A点和B点如果重合，就会出现无法区分的情况。

只看该作者 · 2019-1-4 22:07

xukun977 发表于 2019-1-4 13:55
一口一个没有频率限制，多看点书再来论坛吹牛就这么难吗？世界上存在某个公式是无条件成立的吗？

在路言路。你不会把框图用到微波吧？

好，接受你的挑刺，把“没有频率限制”改为，
入反射理论没有频率下限限制。

只看该作者 · 2019-1-4 22:14

eyuge2 发表于 2019-1-4 14:28
可能是我没有说清楚。
电磁波从A点向B点传播，在B点产生反射。由A到B的波称为入射波，从B到A的称为反射波 ...

A点和B点如果重合，就会出现无法区分的情况。
既使重合，用结果也可以区分。理由前面讲过，以Ui 为参考。

参考例子：开路电压=2Ui=E，全反射，无t 和 x 差。

只看该作者 · 2019-1-5 14:20

本帖最后由 eyuge2 于 2019-1-5 14:30 编辑

jz0095 发表于 2019-1-4 22:14
A点和B点如果重合，就会出现无法区分的情况。
既使重合，用结果也可以区分。理由前面讲过，以Ui 为参考。 ...

这种情况下，实际上知道的是总电压，或者是你说的合成电压。这个用基尔霍夫定律就可以求出来。
但是入射电压是人为定义的 Ui=E/2且Ui/Ii=Z0（这样定义有什么依据？）
总电压-入射电压=反射电压，反射电压自然就能求出来。

就像小学一年级的题目，8可以分成4和4。但是我说8可以分成2和6。

我不直接定义Ui的值，而定义Ui/Ii=(1/2)*Z0。
可以求出反射系数为(2*ZL-Z0)/(2*ZL+Z0)
在电源内阻等于外接负载的情况下，反射系数为1/3
这时候，Ui的值为(3/8)*E,Ur的值为(1/8)*E，Ut的值为(4/8)*E
Ii的值为(3/4)*(E/Z0),Ir的值为(1/4)*(E/Z0)，It的值为(2/4)*(E/Z0)。请问错在哪里？

只看该作者 · 2019-1-5 16:34

eyuge2 发表于 2019-1-5 14:20
这种情况下，实际上知道的是总电压，或者是你说的合成电压。这个用基尔霍夫定律就可以求出来。
但是入射电 ...

Ui=E/2且Ui/Ii=Z0（这样定义有什么依据？）
不对！
Ui/Ii=Re(Z0)
定义的根据见最大功率传输条件。没有你随心所欲的空间。

只看该作者 · 2019-1-5 17:10

jz0095 发表于 2019-1-5 16:34
Ui=E/2且Ui/Ii=Z0（这样定义有什么依据？）
不对！
Ui/Ii=Re(Z0)

直流条件下讨论，不强调实部虚部了。

哈哈，Ui/Ii=(1/2)*Z0。这样定义的时候，照样可以在ZL=Z0的情况下实现最大功能传输。

凭什么最大功率传输的时候只有入射电压电流，而反射电压电流为0.

只看该作者 · 2019-1-5 20:24

eyuge2 发表于 2019-1-5 17:10
直流条件下讨论，不强调实部虚部了。

哈哈，Ui/Ii=(1/2)*Z0。这样定义的时候，照样可以在ZL=Z0的情况下实 ...

Ui/Ii=(1/2)*Z0
2Ui=Ii*Z0?
你把电路画出来，我看不出你想说什么。

凭什么最大功率传输的时候只有入射电压电流，而反射电压电流为0.
最大功率传输条件是实际存在的，将这个条件作为入射的定义。有反射时就不是纯入射，不满足定义了。

只看该作者 · 2019-1-6 11:26

jz0095 发表于 2019-1-5 20:24
Ui/Ii=(1/2)*Z0
2Ui=Ii*Z0?
你把电路画出来，我看不出你想说什么。

电路和你的电路是一样的。

只是你可以定义Ui/Ii=Z0,我为啥不可以定义Ui/Ii=（1/2）Z0。

都是人为定义。而且我的结果也没有违反最大功率传输。

只看该作者 · 2019-1-13 08:11

本帖最后由 wf.yang 于 2019-1-13 11:56 编辑

jz0095 发表于 2019-1-2 21:32
你的概念可能是从传输线理论来的。
实际上，从我给出的入反射定义看是没有频率限制的。其中的反射体现在 ...

你所说的直流、集总参数，都没有逃脱电磁波动。不管什么情况，电磁能量都是以波动的形式移动（传播）的。即使，频率极高，超出无线电波频率时，呈现粒子性，但此时波动也是存在的，只是明显不明显的问题。

我的意思，在波动不明显的情况下，最好不用反射的方法解决问题。当然可以用，但会变得非常复杂，而得不到好处（更高的分析精度）。只是波动属性非常明显时，我们不得不用。

这和传输线没有关系。

入射、反射，就是针对波动量，这没有错！

更深入一步，之所以会发生反射现象，根本原因是波动传播介质的不均匀性。对于机械波，介质特性为弹性系数；对于电磁波，介质特性是电导率、介电系数、磁导率。如果在波动的传播路径上，这些参数发生突变，即产生反射现象。

在你所说的情况，信源与负载之间不存在相对均匀的传输线，实际情况是，电路的各个微小部分（体积元）之间，介质特性参数互不相等，处处存在反射，并且是多次反射，如果这时一定要用入射、反射的观念分析电路，将使问题变得无比复杂。倒不如退回到更加原始也是更实质的分析方法，即求解电磁场方程，然后对电场强度做线积分运算得到电压，对磁感应强度做积分运算得到电流。

如此看来，入射、反射观念，是介于场方法、路方法之间的一种方法。用路的方法能解决的问题，用入射、反射方法也能解决；用入射、反射方法能解决的问题，用场方法也能解决的问题。反之，不一定。但是，解决过程的复杂程度，差别巨大。

什么条件下，用入射、反射的方法最适合？如果所讨论的系统中存在着一部分介质特性相对均匀，并且，这部分均匀介质的纵向尺寸较大、横向尺寸较小。这是用入射反射的方法解决最行之有效，并且能够保证最后结果的精度。

这部分相对均匀的介质，就是传输线。传输线之外的介质，就把它们当做一个元件看待，其用端口网络参数描述。传输线+元件，正是入射反射方法的本质。

可见，具备什么条件，就用什么方法。这些方法没有高低贵贱之分。如果硬要分出一个高低，反射入射方法也不是最高等的，至少，还有场的解决办法。

只看该作者 · 2019-1-13 12:12

eyuge2 发表于 2018-12-29 10:56
请从电路的角度或者电磁场的角度解释一下，为啥会反射？
是一束光照到镜面上了吗？ ...

首先要明确，入射、反射是针对波动量来说的，反射指的是波动的反射。

如果在波的传播路径上，介质是均匀的，就不会产生反射。

所谓介质均匀性，指的是介质参数随空间位置的不变性。对于机械波，比如声波，介质特性参数是弹性系数；对于电磁波，介质特性要用三个参数描述：介电系数、磁导率、电导率。

你说的，一束光照在镜面上的问题。光在到达镜面之前，是在空气中传播，可以认为这部分空气的介质是均匀的，即介质特性参数处处相等，不会产生反射。到达镜面时，镜子的介质参数，与空气不同，在镜面处，就发生了介质特性参数的突变（即不均匀性），于是，反射现象产生了。

只看该作者 · 2019-1-13 21:21

wf.yang 发表于 2019-1-13 08:11
你所说的直流、集总参数，都没有逃脱电磁波动。不管什么情况，电磁能量都是以波动的形式移动（传播）的。 ...

我这几天没空，晚些时间回复你。

只看该作者 · 2019-1-13 21:26

jz0095 发表于 2019-1-13 21:21
我这几天没空，晚些时间回复你。

好的，我一般周末上网。

只看该作者 · 2019-1-14 16:08

wf.yang 发表于 2019-1-13 12:12
首先要明确，入射、反射是针对波动量来说的，反射指的是波动的反射。

如果在波的传播路径上，介质是均匀 ...

首先给你点赞，讲得很好。

有几个问题请教一下
1.传输线后面接电阻作为终端，电阻的阻值与传输线的特征阻抗相等，都是50欧姆，没有反射。
如果电阻的阻值不是50欧姆，存在反射。请问这个反射是由于介电系数、磁导率、电导率那个变化了？
（电阻我们一直只说的阻值）

2.怎么区分入射波和反射波。
假如有一个示波器，探头能够接入到同轴电缆上的一个位置，测屏蔽线和芯线之间的压差。
如果传输线足够长，一开始测量到是入射波，等入射波在负载端被反射后，测到是入射波和反射波叠加的波形。如果测量的时候已经是稳态了，怎么区分？

3.入射波的大小怎么确定？
源电压为Vs，源阻抗为Rs，怎么就能确定入射波的幅度是0.5Vs呢？

2万 · 2019-1-14 17:13

这个有意思了。
这样“有理有据”的追问，一会就受不了了。发火也不好发

只看该作者 · 2019-1-14 20:36

eyuge2 发表于 2019-1-14 16:08
首先给你点赞，讲得很好。

有几个问题请教一下

3.入射波的大小怎么确定？源电压为Vs，源阻抗为Rs，怎么就能确定入射波的幅度是0.5Vs呢？

这个问题，我们从微观上说就好理解了。假设是 “信源  + 开关 + 传输线 + 负载“” 这样一个配置

第一步：
开关闭合。此时信源在传输线上激起电磁波。但此时电磁波是杂乱的，除了TEM（横电磁）波，还存在TE（横电）波、TM（横磁）波。多种模式的电磁波都有可能向负载方向传播，在传播过程中，TE、TM波很快衰减，经过一定的距离消失殆尽，只剩下TEM波，继续向前传播。这就是传输线又叫“长线”的原因，如果传输线纵向尺寸不够大，里面多种模式并存，一切问题就不能用传输线的理论解决。
对于TEM波，在没有传输到传输线末端之前，它看到的阻抗就是传输线的特性阻抗Z0。所谓入射波的幅度，就是信源输出阻抗Zs、传输线特性阻抗Z0之间的分压关系确定的，Ui = Z0 * Es / (Zs + Z0).

第二步
TEM波一旦传播到传输线末端，由于负载不匹配，部分被负载吸收，部分被负载反射，反射电压 Ur1 = SL * Ui，此处 SL 为负载端反射系数。反射波电压开始向源端传播，反射波所到之处，左方只存在入射波，右方存在入射波和反射波，电压为二者叠加。此时，入射、反射波各自感知到的阻抗都是传输线的特性阻抗Z0。

第三步
反射波一旦行进到传输线始端，如果源端匹配（Zs = Z0，反射波完全被信源吸收）；如果不匹配，要产生二次反射，Ur2=Si*Ur1 。。。。。。。。

如此反复反射、吸收，反射、吸收。传输线上，所有向左方传播的波的叠加，我们叫入射波；所有向左方传播的波，我们叫反射波。两个叠加值，是一个无穷级数的和，可以证明，这个级数收敛。

由此可见所谓反射、入射，是一种稳态概念，描述的是把截止模式衰减掉之后的情况。

还可以看出来，特性阻抗 Z0，是行波阻抗，入射波、反射波看到的阻抗都只是Z0，如源端、负载端阻抗无关。

显然入射电流、反射电流分别是 Ii = Ui / Z0,    Ir =- Ur / Z0.

传输线上任意一点的输入阻抗 Z = （Ui + Ur）/ (Ii + Ir）。

这样说，应该清楚了吧？

只看该作者 · 2019-1-14 20:38

eyuge2 发表于 2019-1-14 16:08
首先给你点赞，讲得很好。

有几个问题请教一下

3.入射波的大小怎么确定？源电压为Vs，源阻抗为Rs，怎么就能确定入射波的幅度是0.5Vs呢？

这个问题，我们从微观上说就好理解了。假设是 “信源  + 开关 + 传输线 + 负载“” 这样一个配置

第一步：
开关闭合。此时信源在传输线上激起电磁波。但此时电磁波是杂乱的，除了TEM（横电磁）波，还存在TE（横电）波、TM（横磁）波。多种模式的电磁波都有可能向负载方向传播，在传播过程中，TE、TM波很快衰减，经过一定的距离消失殆尽，只剩下TEM波，继续向前传播。这就是传输线又叫“长线”的原因，如果传输线纵向尺寸不够大，里面多种模式并存，一切问题就不能用传输线的理论解决。
对于TEM波，在没有传输到传输线末端之前，它看到的阻抗就是传输线的特性阻抗Z0。所谓入射波的幅度，就是信源输出阻抗Zs、传输线特性阻抗Z0之间的分压关系确定的，Ui = Z0 * Es / (Zs + Z0).

第二步
TEM波一旦传播到传输线末端，由于负载不匹配，部分被负载吸收，部分被负载反射，反射电压 Ur1 = SL * Ui，此处 SL 为负载端反射系数。反射波电压开始向源端传播，反射波所到之处，左方只存在入射波，右方存在入射波和反射波，电压为二者叠加。此时，入射、反射波各自感知到的阻抗都是传输线的特性阻抗Z0。

第三步
反射波一旦行进到传输线始端，如果源端匹配（Zs = Z0，反射波完全被信源吸收）；如果不匹配，要产生二次反射，Ur2=Si*Ur1 。。。。。。。。

如此反复反射、吸收，反射、吸收。传输线上，所有向左方传播的波的叠加，我们叫入射波；所有向左方传播的波，我们叫反射波。两个叠加值，是一个无穷级数的和，可以证明，这个级数收敛。

由此可见所谓反射、入射，是一种稳态概念，描述的是把截止模式衰减掉之后的情况。

还可以看出来，特性阻抗 Z0，是行波阻抗，入射波、反射波看到的阻抗都只是Z0，如源端、负载端阻抗无关。

显然入射电流、反射电流分别是 Ii = Ui / Z0,    Ir =- Ur / Z0.

传输线上任意一点的输入阻抗 Z = （Ui + Ur）/ (Ii + Ir）。

这样说，应该清楚了吧？

只看该作者 · 2019-1-14 20:52

本帖最后由 wf.yang 于 2019-1-14 21:07 编辑

eyuge2 发表于 2019-1-14 16:08
首先给你点赞，讲得很好。

有几个问题请教一下

2.怎么区分入射波和反射波。
假如有一个示波器，探头能够接入到同轴电缆上的一个位置，测屏蔽线和芯线之间的压差。
如果传输线足够长，一开始测量到是入射波，等入射波在负载端被反射后，测到是入射波和反射波叠加的波形。如果测量的时候已经是稳态了，怎么区分？

用示波器是无法看到单独的入射波、反射波的，除非你的传输线非常非常长，这太难满足了。但不不是没有办法区分。

用定向耦合器，可以分别耦合出（当然是依一定的耦合度）入射波、发射波，从定向耦合器，就可以用示波器观测了。

那么马上就有一个问题，怎样验证你耦合到的只是向一个方向传播的波呢？

可以这样验证，如果传输线上存在反射，那么就有驻波存在，即在传输线上不同位置，测得的电压幅度不同。最大点（波峰）为入射、反射电压的同相位叠加点，最小点（波谷）为入射波、反射波电压的反相叠加点。

由于负载、信号源阻抗已知，你可以估算到峰点、谷点位置，或干脆通过测量，找到峰点和谷点。再与你通过定向耦合器测量到的入射电压、反射电压的叠加相比较。别忘了，耦合度！！！

对于封闭的同轴电缆，这种方法办不到，但可以用标准特性阻抗的微带线代替同轴电缆做实验，微带线上任意位置都可以测量。但要保证示波器为高祖高阻输入，由于示波器的输入电容存在，频率不能太高。微带线，是准TEM波。

所以，入射波、反射波是实实在在存在的，不是为了分析方便“认为划分”的。

2万 · 2019-1-14 21:22

本帖最后由 xukun977 于 2019-1-14 21:37 编辑

wf.yang 发表于 2019-1-14 20:52
2.怎么区分入射波和反射波。
假如有一个示波器，探头能够接入到同轴电缆上的一个位置，测屏蔽线和芯线之 ...

你说的是这个吧，1890年左右的设计：

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