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[电路/定理]

入反射理论基础

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楼主: jz0095
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wf.yang 发表于 2019-1-15 17:50
1.  对的,如果传输线无限长,在传输线上是看不到反射波的。
    我的习惯,入射、反射,都是在均匀处考虑 ...

我的问题可能没有讲清楚1.你前面提到反射波从终端回到源端的时候,如果源端的阻抗Zs和传输线特征阻抗Zs不匹配会发生反射。
我的疑问是入射波,一次波形,从Vs发出经过源端阻抗Zs进入特征阻抗为Z0的传输线,如果不匹配会不会反射?
是不是没有发射,直接计算入射波为Vs*Z0/(Zs+Z0)?
个人觉得从终端过来的反射波从传输线传递到源端会再次反射,那么从源端进入传输线的入射波也会发射才对,对称的才对。

2.

源端和终端都是作为元件来看的,入反射电压、电流的叠加不仅仅发生在传输线内部有效,在元件上也有效?

3.
是否允许源端的内阻Zs为0的情况存在?个人觉得得是可以的。

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122
jz0095|  楼主 | 2019-1-16 11:04 | 只看该作者
本帖最后由 jz0095 于 2019-1-17 15:03 编辑
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。 ...

在低频要不要使用入反射理论是另一个问题,需要的话以后另议。
先解决  “入反射一定要有波动吗”的问题,或者说, “无电长度有反射吗”

这里,我先给出一个场景。
一根空气介质、刚性圆形同轴电缆,特性阻抗等于信号源内阻 Rs,有活塞形可移动短路片,电缆长度20公分(约等于信号的1/4波长);
信号源电压源幅度Em=1V,源内阻Rs=50。
一个电压表始终接在源的输出端,指示端口电压幅度Um。

实验:
1. 信号源频率调到对应于同轴电缆1/4波长的频率,电缆的短路滑片置于1/4波长处,电缆源端输入阻抗=开路,
Um=1V。

2. 向源端移动短路片,端口输入阻抗降低,Um降低。显然,这是入反射电压合成的结果。
将短路片移动到源端,有全反射,
Um=0V。

问题:
在源端,波动距离=0,Um=0V  还是入反射电压合成的结果吗?
(包括Um=0的条件下重启信号源的情况)



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wf.yang| | 2019-1-16 22:42 | 只看该作者
本帖最后由 wf.yang 于 2019-1-16 23:03 编辑

第一个问题,还是那句话,只有分析传输线上的特性时,或者说,只在分析元件对传输线的影响时,采用反射入射的方法。相反,分析传输线对元件的影响,分析元件对元件的影响时,不用入射反射的方法。因为元件上看不到波动现象,用基尔霍夫定律就行了。入射电压就是信源内阻与传输线特性阻抗的分压。

用基尔霍夫定律,不考虑反射,直接计算入射波为Vs*Z0/(Zs+Z0),就是这样!

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124
wf.yang| | 2019-1-16 23:00 | 只看该作者
第二个问题。入射反射,基于传输线理论。传输线理论的使用条件之一,纵向尺寸必须大到与波长相比拟,而元件,是尺寸理想化的,退缩为一个点,不具备传输线理论的使适用条件,就不要应用传输线理论中的入射反射概念。还是一句老话,入射反射是针对波动的,入射电压,指的是入射电压波,反射电压值得是反射电压波。元件,没有尺度,电压只随时间变化,不随空间位置变化,只是随时间变化的电压,不是波。

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125
wf.yang| | 2019-1-16 23:06 | 只看该作者
第三个问题。当然允许,此时的入射电压就是信源的电压E。只是,源端的二次反射为全反射。

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126
wf.yang| | 2019-1-16 23:16 | 只看该作者
本帖最后由 wf.yang 于 2019-1-16 23:26 编辑

是。入射量,反射量,都是波动。波动量是时间和位置的多元函数,并且对时间,位置都呈现周期性。没有尺度,没有位置的变化,构不成波动,就无所谓反射。

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127
wf.yang| | 2019-1-16 23:20 | 只看该作者
本帖最后由 wf.yang 于 2019-1-17 07:47 编辑

在源端,波动距离=0,Um=0还是入反射电压合成的结果吗?(包括Um=0的条件下重启信号源的情况)

我不认为是入射反射电压合成的结果。因为此时传输线已经不存在了,已经变成一条短路线了。此时的情况,就是信号源输出端连接了一根短路线。信源,短路线,都是没有尺度的元件,此时就用基尔霍夫定律解决。

在没有传输线存在的情况下,如果你一定认为是入射反射的结果,你真的没有一种令人信服的方法,确定入射波幅度是多大,相位是多少。在存在传输线的情况下,就存在令人信服的公式,确定入射波的幅度和相位。

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128
xukun977| | 2019-1-17 08:54 | 只看该作者

信号源信号波长调到同轴电缆1/4波长,


足足看了3分钟,调动脑细胞充分运动,展开想象和联想,甚至联系上下文,才能看懂这句话!

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jz0095 2019-1-17 14:52 回复TA
抱歉,我去修改一下。 
129
jz0095|  楼主 | 2019-1-17 09:05 | 只看该作者
本帖最后由 jz0095 于 2019-1-17 09:09 编辑
wf.yang 发表于 2019-1-16 23:07
所谓入射,反射,从字面看,就是描述的一种“移动”,一对儿向相反方向移动的“东西”。
一个仅随时间变化的物理量,哪来的移动?
从字面上没看出来“入反射一定与移动相关”。
入射电流定义: Ii=E/(Z0+Z0*)
Ii 需要空间才能产生吗?

其他的问题先不涉及。

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130
ohayou| | 2019-1-17 16:46 | 只看该作者
wf.yang 发表于 2019-1-16 23:07
所谓入射,反射,从字面看,就是描述的一种“移动”,一对儿向相反方向移动的“东西”。

一个仅随时间变化 ...

不对,不要忘文生意哦,你翻课本查查s参数定义,空间维度并非必须量。你再回忆一下射频射频放大器推导基于s参数的的放大器各类增益表达式,空间维度也并非必须量。其实所谓参考50欧姆,就是一个0长度的虚拟传输线,但是这类射频模拟电路里关注的只是正弦稳态问题,所以这个虚拟传输线不会影响稳态结果。

我斗胆总结了一下 ,大家容易困惑原因在于:
1) 不管是低频电路学还是射频/高频电路学,包括s参数,其实都不是真正的物理实际情况,只是对物理的一种抽象近似描述和工程手段。
2) 电路学不是物理,无法解释反射的真正原因。楼主给的那个图只是等效图,不是真正的物理世界,低频电路学也没有空间这个维度。
3) 最大功率传输,关注的是能量,他只是从能量角度,从数学上证明当固定源阻抗,改变负载,负载获得的最大功率发生在匹配条件。这个证明不需要空间维度,也不需要频率条件。
4)电磁学课本都有证明,电压和电流(当然指存在电压 电流的tem模情况)是满足波动方程的,实际信号是靠波动传播。
5) 在s参数定义,以及推导放大器各种增益的时候,和楼主此处,往往会引入一个参考特性阻抗,如何正确解释这个参考阻抗的意义?像楼主这个图里特意让源阻抗=参考阻抗z0, 其实可以延伸到一般条件源阻抗为ZS 分析,这样更不容易混淆。
6)即然电路等效图不是实际物理,而实际物理世界必然是有空间维度的,实际互联走线真正的特性阻抗和选用的参考特性阻抗当然是可能不一样,但只要能满足实际互联引起的相移很小,可忽略的条件,就不会影响这类稳态问题的分析结果。
7)虽然电路学不是真正的物理,但是这里他已经足够准确的描述了我们所需要的稳态分析结果。至于物理细节并其实也不需要关注。
8)用必须要满足 电磁场边界条件 来解释反射,是可以回避物理细节的。

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131
wf.yang| | 2019-1-17 20:27 | 只看该作者
jz0095 发表于 2019-1-17 09:05
从字面上没看出来“入反射一定与移动相关”。
入射电流定义: Ii=E/(Z0+Z0*)
Ii 需要空间才能产生吗?

这个电流,我从来不叫它入射电流。同样,这种情况下的电压,我也从来不叫它入射电压。

这种情况,我一直回避入射、反射的思维,就用低频电路原理理解,即全电路欧姆定律。

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132
wf.yang| | 2019-1-17 20:43 | 只看该作者
ohayou 发表于 2019-1-17 16:46
不对,不要忘文生意哦,你翻课本查查s参数定义,空间维度并非必须量。你再回忆一下射频射频放大器推导基 ...

以上八条,我完全同意。

第二条。“楼主给的那个图只是等效图,不是真正的物理世界,低频电路学也没有空间这个维度。”,是的。所以。低频电路,不要用入射、反射的思路解决问题,否则就是自寻烦恼。

第四条。补充一下,不说信号了,干脆说电场、磁场,都是以波动形式传播的,如果在稳态,还保持波动形式,可以用入射、反射的方法解决,往往会使问题变得简单。如果在稳态,没了波动形式,用入射、反射的方法解决,就显得特别勉强。

第五条,这种参考阻抗的提法,我个人一直在用,尤其在 load pull 仿真中,更改参考阻抗的值,是经常性的动作。这种情况,我从来不叫它特性阻抗。

第七条,也是低频电路分析基于基尔霍夫定律的原因。如果用入射反射的方法,背后必然有暂态成分在里面。

第八条,入射、反射,是电磁场边界条件的直接作用结果,也是分析方法的简化。

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133
wf.yang| | 2019-1-17 20:59 | 只看该作者
ohayou 发表于 2019-1-17 16:46
不对,不要忘文生意哦,你翻课本查查s参数定义,空间维度并非必须量。你再回忆一下射频射频放大器推导基 ...

适合传输线理论解决的问题,其实就两大要素:

传输线:特征参数是特性阻抗。

元件:特征参数,多数情况用 S 参数最方便。

入射波、反射波,主要考虑传输线内的入射波、反射波。

元件,往往作为对传输线施加影响的要素。因为元件接在了传输线上,才是传输线内部的反射波发射了变化。

微波电路分析,从来不考虑元件内部的波动,因为“元件”本身就是把电路的一部分当一个整体看待,不关心其内部电磁现象。只考虑它对它之外的其它部分产生的影响。

所以说,电源 + 负载,二者都分别看成“元件”,没必要考虑其内部过程,所以,讨论负载上的反射入射波真的没什么意义。

当然,一段有限长的传输线,也往往当做一个微波元件,此时,就不用考虑它内部的入射、反射情况了。但此时,是可以考察其内部情况的。

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134
xukun977| | 2019-1-17 21:41 | 只看该作者
ohayou 发表于 2019-1-17 16:46
不对,不要忘文生意哦,你翻课本查查s参数定义,空间维度并非必须量。你再回忆一下射频射频放大器推导基 ...

谁说无法解释的,你推荐的视频不解释了吗,初中物理就把电流比作水流的:




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135
ohayou| | 2019-1-17 22:16 | 只看该作者
本帖最后由 ohayou 于 2019-1-17 22:23 编辑
xukun977 发表于 2019-1-17 21:41
谁说无法解释的,你推荐的视频不解释了吗,初中物理就把电流比作水流的:

因为这个不是电磁学视频呀 ,估计他在这里只好用这个解释吧,汗(⊙﹏⊙)b。这个老师有个电磁学、微波的视频是我看过讲的是最适合工程师入门的,不过我暂时没找到……等以后找到了再分享吧。他这个视频侧重射频放大器,更偏于应用吧。电磁理论的东西倒是不多。

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136
xukun977| | 2019-1-17 22:23 | 只看该作者
ohayou 发表于 2019-1-17 22:16
因为这个不是电磁学视频呀 ,估计他在这里只好用这个解释吧,汗(⊙﹏⊙)b。这个老师有个电磁学、微波的视 ...

这个还是最适合工程师“入门”的?

事先没学过相关课程的话,直接看这个能看懂?




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137
ohayou| | 2019-1-17 22:29 | 只看该作者
xukun977 发表于 2019-1-17 22:23
这个还是最适合工程师“入门”的?

事先没学过相关课程的话,直接看这个能看懂?

这个偏于放大器,电磁理论很少,强调应用多点啦。我说的那个电磁场,微波课程不是这个,暂时没找到视频源,以后找到了再分享。

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138
xukun977| | 2019-1-17 22:47 | 只看该作者
ohayou 发表于 2019-1-17 22:29
这个偏于放大器,电磁理论很少,强调应用多点啦。我说的那个电磁场,微波课程不是这个,暂时没找到视频源 ...

这些东西都是大同小异的,郑钧教授的《电磁波与波》,院长给我们讲《RF integrated circuit design》,要想深入学习要看论文,而不是看大学教学视频了!

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ohayou| | 2019-1-17 22:54 | 只看该作者
xukun977 发表于 2019-1-17 22:47
这些东西都是大同小异的,郑钧教授的《电磁波与波》,院长给我们讲《RF integrated circuit design》,要 ...

这个视频本来只是入门级,不是进阶级……微波,天线,雷达深入讲都涉及国防,国内外都很少做深入公开课程,深入的东西也要到实验室学习。

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140
xukun977| | 2019-1-17 22:58 | 只看该作者
本帖最后由 xukun977 于 2019-1-17 23:02 编辑
ohayou 发表于 2019-1-15 15:50
汗(⊙﹏⊙)b
反射电压比反射电流 还是z0, 你多了个负号
而总电流 Ii-Ir 你少了个负号,这里没搞清 ...


你俩说的东西一模一样!

人家说的是Ii+Ir   ,定义Ir=-Ur/Z0


你说的是Ii-Ir   ,定义Ir=Ur/Z0




饶了一圈,一模一样!









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