入反射理论基础

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：

2万 · 2019-1-14 21:36

我去年大约10月份发过一个帖子，说我们今天学的模电，很多东西全都是那个大师创造的！
对于射频电路理论，很多东西也是那个人创造的。

如上图所示，传输线中任意位置电压表达式，明显非常复杂，为了便于理解，人们故意把他分解成所谓的入射波和反射波。
用上面的那位网友的话说，你把10分成 5+5也行，分成3+7也行，。。。。理论上有无穷种分法。

所以这个所谓的入射反射波，是纯数学概念，并非物理波。

如果认为它是物理波，麻烦立马来了，这些分量波形在正弦稳态情况下的传播速度，等于电磁能在传输线中的传播速度？？？？

只看该作者 · 2019-1-14 21:46

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

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）

这个问题，确实有些麻烦，哈哈。之所以倒序回答你的问题，是为了好理解。

我们已经明确，在传输线线上是一种特定模式的电磁波（TEM），负载是一个电磁波的“集中吸收物”，所谓集中，就是我们把它看做一个没有形状、没有体积的点状物，即微波元件的概念。传输线上的电磁波，遇到这么一个东西，它所在乎的特性，就是这个点状物的阻抗 Z= R + jX。

如果这个阻抗非常适合这个模式的电磁波，就可以完全吸收电磁波；否则，就不能完全吸收。越不适合，吸收的就越少，即反射系数越大。

这就出来一个问题，阻抗匹配，是阻抗值多传输线说的，怎么又对电磁波说了？

注意！特定模式的电磁波，是由它所在空间的边界条件决定，在这里，就是传输线的形状、大小，介质特性。实际上，边界条件，确定了电磁波的另一个量：E/H，注意它是相量比，包含二者的相位差。实际上，这是电磁波的波阻抗ZH，除了TEM特性，又增加了一个ZH特性。

在传输线中，如果ZH与Z0具有相同的量纲，如果取合适的单位值，或者引入比例系数，二者可以相等。

上文说的，负载对电磁波的适合性，指的就是负载阻抗与波阻抗的匹配性。波阻抗又又边界条件，即传输线大小、形状、介质特性决定，因此，所谓匹配，实质还是负载与传输线的匹配。

我原文的话，似乎有些不妥，或者说不够严谨。传播介质的均匀性，是造成反射的本质原因，没有错。对传输线来说，“特性”，指特性阻抗，似乎更妥当，特性阻抗由介电系数、磁导率、电导率确定，但三者不同大小的组合，可能构成一个相同的特性阻抗。

再说，负载，不管阻性、容性、感性负载，我们分析时，把它当做一个“元件”看，就忽略了起体积、形状，当然无从考虑其内部或边界面的场型，指考虑它对外表现------负载阻抗。

真正在特别高的频段率，吸收电阻，是要考虑其形状的，这就是说，也需要考虑其上的场型。

再次提示，微波电路，“传输线 + 微波元件”的微波电路模型，也是一种近似模型。

只看该作者 · 2019-1-14 21:49

不好意思，网络不好使，一个劲的按“发表回复”，有的帖子重复发了。

只看该作者 · 2019-1-14 21:52

xukun977 发表于 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

不发火，哈哈！

逼迫自己对已建立起来的概念反复推究，也有助于自己的理解更趋近于正确。估计到死，也到达不了正确。

只看该作者 · 2019-1-14 21:59

xukun977 发表于 2019-1-14 21:36
我去年大约10月份发过一个帖子，说我们今天学的模电，很多东西全都是那个大师创造的！
对于射频电路理论， ...

对，就是这个公式。上学时，还专门自己求过这个极限，好像奇偶项分组，具体过程现在记不起来了。

只看该作者 · 2019-1-14 22:17

本帖最后由 wf.yang 于 2019-1-14 23:36 编辑

xukun977 发表于 2019-1-14 21:36
我去年大约10月份发过一个帖子，说我们今天学的模电，很多东西全都是那个大师创造的！
对于射频电路理论， ...

如果认为它是物理波，麻烦立马来了，这些分量波形在正弦稳态情况下的传播速度，等于电磁能在传输线中的传播速度？？？？

是的，我还是认为入射波、反射波是物理存在的。

确实有能速和相速之分。相速有快波、慢波，能速不会高于真空中的光速。

能速，表现为群速，不同于以上所谓的相速。而入射、发射波的展位定义，基于相速，二者没有矛盾。

不同的人为划分，似乎在传输线上某一点，可以叠加出该点的电压波形，是不是能够在传输线上处处可以叠加出该处的波形？我还没有从数学上证明，也就是现在才有去证明的欲望了。

太晚了，赶紧睡觉了。哈哈。

2万 · 2019-1-14 22:21

书上说的很清楚：

我那些帖子，有些说法看着曹淡，但是也是查了些资料后给处的，不是信口开河，胡吹乱侃。

只看该作者 · 2019-1-14 23:15

在实验室，VHF波段，我用的微带电路定向耦合器。方向性可以做的很高。频率再搞高，我用的同轴定向耦合器。短波段，用微带线、同轴结构结合做的，方向性也不错。

只看该作者 · 2019-1-15 08:04

似乎我们都跑偏了，没有在楼主的原本思路上讨论。再回到原来的主题吧。

在 “ 信号源 + 负载 ” 这样的配置情况，不存在传输线。

此时，谈论入射、反射，没有太大的意义，因为场是局限于信源、负载内部，至多到他们的表面，因为不存在辐射。这些元件，可以说处处存在入射、反射，边界条件又十分复杂。

但是，如果我们假想，在信源与负载之间存在一条传输线，传输线的特性阻抗为Z0，那么，只要这条传输线的电长度为360度，就会得到与基尔霍夫定律同样的结果。

只是，中间结果，反射系数，依赖于这个假想的特性阻抗Z0，当然，入射波、反射波的幅度相位，也依赖于Z0。

这种方法在微波放大器设计中，在输入输出匹配网络的设计中，是普遍在使用的。在ADS 的 Load pull 仿真中，可以随意修改Z0，就是基于这样的一个事实：取不同的特性阻抗，虽然反射系数不同，但最终得到的阻抗值却是相同的。

这种情况，我一般不叫它特性阻抗，我叫它参考阻抗。当然，这只是我个人这样做。

只看该作者 · 2019-1-15 11:05

wf.yang 发表于 2019-1-15 08:04
似乎我们都跑偏了，没有在楼主的原本思路上讨论。再回到原来的主题吧。

在 “ 信号源 + 负载 ” 这样的配 ...

准确的说，其实是在源和负载的分解面处，虚拟了一段0长度的传输线，也就是0度，当然0度相位和360度是一个效果。因为这里讨论的是功率考虑的稳态，虚拟的传输线取多大并不影响稳态结果，阻抗变换结果上讲效果都一样的吧。

只看该作者 · 2019-1-15 11:19

wf.yang 发表于 2019-1-14 20:36
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 ...

扯远了，什么te tm mode都跑出来了，还有你是不是和消散模搞混了。长线的意思是长度可以波长相比的的意思，是相对波长的长度，对于低频信号其波长太长，电路互联线相对波长而言是“短线”，对高频信号其波长比较短，电路互联长度可以与其波长相比较如二十分之波长时，就叫长线才对吧？
反射用边界条件解释还是蛮简单的，对于传输线那种一维电路，来说，可以由沿线横截面电场连续的边界条件，得到沿线电压必须连续，为了维持这个边界条件阻抗不匹配的时候必须要有反射电压来满足该边界条件。

只看该作者 · 2019-1-15 11:24

xukun977 发表于 2019-1-14 21:22
你说的是这个吧，1890年左右的设计：

其实反射有分时域和频域。
在模拟设计里主要关注频域反射，也就是稳态。测量仪为网分，是一种频域测量仪器，核心部件为定向耦合器。
在数字设计高速电路/SI领域，一般关注时域反射，也就是瞬态，测量仪器为TDR时域反射计，
示波器是时域测试仪器，TDR可以看成一种特别的示波器。

只看该作者 · 2019-1-15 11:27

建议不熟悉的可以都看看我在11楼贴出的视频，多年前就看过确实讲的不错。

只看该作者 · 2019-1-15 11:35

本帖最后由 ohayou 于 2019-1-15 12:20 编辑

在物理学也有从散射的观念来解释反射:
场传播之处如果存在电荷或偶极子之类微粒，在场的作用下这些粒子会运动，产生一个新的辐射/散射，这些散射会发生干涉，当满足一些条件，这些散射可以表现为反射或折射.
大概如此吧，我以前在物理书上看到过这个解释，感兴趣可以查查大学以上的物理书籍。
其实s参数全名就叫散射参数，也就是类比了散射这个观念吧

2万 · 2019-1-15 12:53

ohayou 发表于 2019-1-15 11:24
其实反射有分时域和频域。
在模拟设计里主要关注频域反射，也就是稳态。测量仪为网分，是一种频域测量仪 ...

没用过这种仪器(射频仪器贵)。只是在书上看过基本介绍:

只看该作者 · 2019-1-15 13:13

xukun977 发表于 2019-1-15 12:53
没用过这种仪器(射频仪器贵)。只是在书上看过基本介绍:

就是这个，si里用的那种比较高级功能复杂肯定贵，不过通信行业有种简易便携式的专门拿来检测传输电缆是不有损坏过度弯曲的，影响阻抗连续的，会便宜点。

只看该作者 · 2019-1-15 15:05

本帖最后由 eyuge2 于 2019-1-15 15:43 编辑

ohayou 发表于 2019-1-15 11:27
建议不熟悉的可以都看看我在11楼贴出的视频，多年前就看过确实讲的不错。 ...

你说的视频，我看了一点。和楼主的比较像，一上来就是反射，反射系数之类的。没有说发射的原因。等过一段时间再看看。

只看该作者 · 2019-1-15 15:17

本帖最后由 eyuge2 于 2019-1-15 15:50 编辑

wf.yang 发表于 2019-1-15 08:04
似乎我们都跑偏了，没有在楼主的原本思路上讨论。再回到原来的主题吧。

在 “ 信号源 + 负载 ” 这样的配 ...

感谢回复，你说得我似乎能听懂。提几个实际的问题，当做例子。
1.如果理想电压源的电压是Vs，内阻是Zs，后面接特征阻抗为Z0的传输线，传输线长度为无限长。
这种情况下，在传输线中是不是只有入射波，没有反射波？
如果Zs的值和Z0的值不相等，Zs是个元件，一般说来这种情况电压从Z0进入传输线时候有没有反射？可需要考虑？
（你前面提到反射波回到源端的时候，如果源电阻Zs和Z0不匹配，会有反射）

2.还是这种情形下，入射波的幅度是不是Vs*Z0/（Zs+Z0）?也就是说入射波不一定是（1/2）*Vs

3.楼主说的情形下，是没有传输线的。你提出是一个360度的传输线，也有人说是0度的传输线。
意思是传输线的起点和终点的波形是一样的。
但是有和没有是有差别的，有传输线的时候，能计算出传输线上的入射电压。但是没有传输线的时候，怎么计算入射电压？定向耦合器能区别出0长度传输线上的
入射和反射波吗？行波和驻波都无法观察到

只看该作者 · 2019-1-15 15:23

wf.yang 发表于 2019-1-14 20:36
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 ...

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）。

上下两个等式是矛盾的
Ii = Ui / Z0, Ir =- Ur / Z0---》 Z0 = （Ui - Ur）/ (Ii + Ir）。

入反射理论基础

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