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[电路/定理]

信号完整性的反射问题

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楼主: lbr_gao
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ohayou| | 2014-8-12 14:22 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览
本帖最后由 ohayou 于 2014-8-12 14:29 编辑
逗你玩~~~ 发表于 2014-8-12 10:29
这里的2式((V+) = (I+) RL)是欧姆定律,此与基尔霍夫定律没有直接关系。

这里的1式((V+)/(I+)=Z0)是 ...

说了半天原来是你自己的跑远了,我前面的分析当然是基于lz给的SI中的例子,端接的源和负载都是看作集总的情况。
当然你要跳出SI的范畴,考虑任意的端接或级联那又是另一回事,电磁学的课本上大都是从一般性出发,理论虽然正确,但要直接的运用到具体某个工程领域中,是否有实际价值其实值得商榷。

还有存不存在反射 与 是否是集总电路,或频率高低无关。
如: 最大功率传输定理,无论是在分布或集总电路范畴,不管是微波还是直流,只要在线性网络的范围都是有效的。只要不匹配都会有功率被反射回去。
只是在电路尺寸相对波长足够小(模拟电路中的角度),或者说上升沿相对传输时间足够慢(SI或高速电路中的角度)时,可以忽略反射对于波形的影响而已。
这点不要搞混了。。。。。

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xukun977| | 2014-8-12 14:37 | 只看该作者
ohayou 发表于 2014-8-12 14:22
说了半天原来是你自己的跑远了,我前面的分析当然是基于lz给的SI中的例子,端接的源和负载都是看作集总的 ...

跟酱油扯,你是扯不清地。


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逗你玩~~~| | 2014-8-12 15:11 | 只看该作者
本帖最后由 逗你玩~~~ 于 2014-8-12 15:14 编辑
ohayou 发表于 2014-8-12 14:22
说了半天原来是你自己的跑远了,我前面的分析当然是基于lz给的SI中的例子,端接的源和负载都是看作集总的 ...


一点都没跑远,都在主题中~~~

其实,如果你不提那个“基尔霍夫”和“边界条件”,根本没必要用如此篇幅论之。实际的电路和《电路》书中的“电路”模型不是一回事。既然采用了“电路”模型,那就必然会忽略掉《电磁学》中的某些东西,比如空间概念,而传输线内的反射便是一例。虽然忽略了这些东西,但并不意味着这些东西实际就不存在了。不过,既然忽略了就没必要再重新拾起,除非到了不可忽略的地步。


但是,现在的问题并不在此,而是基础概念的混淆。就拿那个KCL来说,如果将其与“边界条件”混淆了,那可以说KCL可以用于传输线内了。不仅如此,谐振腔内也可以应用,那是一幅什么样的“图像”啊。

再次强调:《电路》中的基尔霍夫定律(如KCL)与《电磁学》中的“边界条件”是完全两码事。说得具体且形象点,《电磁学》中的“边界条件”管的是一张界面(不要求封闭),而“KCL”管的是一张封闭面(必须封闭)。“边界条件”要求的是界面上的特性,而“KCL”要求的是那个封闭面内的特性,两者完全不同。


建议,还是系统地看看书,这个对于初学者是非常必要的。如果是非科班出身搞这些东西(无论是RF或SI),就不要求什么了,能玩到那里算那里吧~~~

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逗你玩~~~| | 2014-8-12 15:32 | 只看该作者
此外,前面那位老兄给的“反射”你能具体给个物理图像吗?

其实最简单的就是,信号源Us(含内阻Zs)接入特征阻抗为Zs的传输线,然后此传输线再接入到特征阻抗为Z0的传输线。这样,“反射”是有了(应该说被造出来了),但现实一定是如此吗?那根被“造出来”的传输线的特征阻抗一定就是Zs?如果不是Zs,是不是还要去再“造”一根传输线?

既然都已经明确了是个集总电路的接入,还去自寻烦恼?

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逗你玩~~~| | 2014-8-12 16:31 | 只看该作者
最后,给幅图说明一下:



其中,边界条件就是上图中的界面左右的电流和电压相同(即I=I和U=U)。

下图中,由于是个集总电路,有KCL和KVL分别为

    Izs = I
    Us = Uzs + U

又因为Uzs = Izs Zs,U = I Z,显然就有

    U = Us Z/(Z + Zs)

注意,这里的Z不一定等于Z0。若无反射(或反射未到源端),则Z=Z0。

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xukun977| | 2014-8-12 16:41 | 只看该作者

知识面窄,导致说话很多漏洞!

比如这个"面",KCL有许多种表达方式,其中一种是借助于高斯面(surface)来表述的,高斯面是closed的不假,但是为了对于节点这个特例,面也演变成了一个点,此时没有内外表面之分,更谈不上闭合。
此外,KCL还有借助于非闭合面来描述的,涉及到拓扑知识,略。

所以,"KCL管封闭面",这句不妥。首先把谁管谁搞反了(因果颠倒),其次不一定封闭(表述方式好多种,不唯一)。



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逗你玩~~~| | 2014-8-12 19:03 | 只看该作者
本帖最后由 逗你玩~~~ 于 2014-8-12 21:48 编辑

再补一个负载端的示意图:



同样,这里的边界条件是I=I和U=U。而由下图的集总电路等效得关系

    I = Il
    U = Uzl

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jz0095| | 2014-8-12 19:06 | 只看该作者
逗你玩~~~  《电路》理论已经把空间概念拿掉了,何来反射?当然,一定要把《电路》理论看成是路长趋于零的“电磁场”理论未尝不可,自寻烦恼没人阻止~~~  发表于 2014-8-12 11:03

你的烦恼在于“反射必须与空间概念挂钩”。我前面说过,入射电压ui的定义起始于最大功率传输条件,两个相等电阻的关系就可以满足此条件;偏离此条件将产生反射,无需例如传输线的空间概念来理解反射。所谓的“分压”值是合成量,许多人没有关注到其入反射分量。要说反射的图像,两个电阻及其失配的电压、电流分量就是。高于或低于ui的合成电压,其中必有反射量的贡献。
这里只说明比传输线反射简单的集总电路反射的概念。反射系数等公式与空间并不一定有必然的联系。

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逗你玩~~~ 2014-8-12 19:39 回复TA
空间都没有了,谈什么反射啊!上下左右,你往哪里反射啊!现实中的电路当然存在反射,但这不是集总电路模型所要讨论的内容~~~ 
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逗你玩~~~| | 2014-8-12 19:22 | 只看该作者
关于KCL,给个示意图:


注意这里的闭合面是几乎划到了元件的端面上,而各个电流标注在其各自的界面上。此外,注意那个“节点”并未给出具体的连接,可以理解为由理想导体连接(具体连接方式无关紧要)。甚至,“节点”内可含电源和其它元件,如此便是个“超级节点”。

“节点”,由于实际上是个物理连接,其应该先被认为是个“实体”,然后在此基础上规定KCL。一旦采用了基尔霍夫定律作为电路模型前提后,“节点”就只剩下一个关系了,“路”不需要再存在。

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Kopapril| | 2014-8-13 00:33 | 只看该作者
MARK,明早上班看。

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Lgz2006| | 2014-8-13 07:47 | 只看该作者
就是学多了,物理学,信号传输理论,甚至端口参数概念都搬来了

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逗你玩~~~| | 2014-8-13 09:14 | 只看该作者
Lgz2006 发表于 2014-8-13 07:47
就是学多了,物理学,信号传输理论,甚至端口参数概念都搬来了

学多了”???


大学一年级通常要学《普通物理》和《电路原理》(当然是指电类的),《普通物理》中的重头戏就是《电磁学》部分,而《电路原理》中就有二端口网络理论。虽然传输线是射频电路的内容,但某些《电路》类书籍也有介绍。

按照现在大学本科的入学年龄,这些东西大概是在二十岁前就应该学会了的。这就叫“学多了”......,不想多说了~~~










































































































转行吧!

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逗你玩~~~| | 2014-8-13 09:29 | 只看该作者
不过,话说回来,能混口饭吃即可,要求也别太高了噢~~~

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jz0095| | 2014-8-13 09:44 | 只看该作者
逗你玩~~~ 空间都没有了,谈什么反射啊!上下左右,你往哪里反射啊!现实中的电路当然存在反射,但这不是集总电路模型所要讨论的内容~~~ 发表于 2014-8-12 19:39
“反射需要空间”是没有说服力的。集总模型不需要空间,反射的定义也不需要空间;有空间的反射是反射理论的应用。过去集总电路模型不讨论反射,不意味着永远不需要讨论。在SI分析中就遇到无空间(集总)反射和有空间(传输线)反射的混合反射应用。
下面给出楼主链接课件的插图和我的解读。

承认不承认、讨不讨论集总反射是个人的喜好,反射理论适用于集总和分布电路却是事实。

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逗你玩~~~| | 2014-8-13 09:56 | 只看该作者
jz0095 发表于 2014-8-13 09:44
“反射需要空间”是没有说服力的。集总模型不需要空间,反射的定义也不需要空间;有空间的反射是反射理论的 ...

请注意我前面的问题:

此外,前面那位老兄给的“反射”你能具体给个物理图像吗?

其实最简单的就是,信号源Us(含内阻Zs)接入特征阻抗为Zs的传输线,然后此传输线再接入到特征阻抗为Z0的传输线。这样,“反射”是有了(应该说被造出来了),但现实一定是如此吗?那根被“造出来”的传输线的特征阻抗一定就是Zs?如果不是Zs,是不是还要去再“造”一根传输线?

既然都已经明确了是个集总电路的接入,还去自寻烦恼?

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逗你玩~~~| | 2014-8-13 10:11 | 只看该作者
本帖最后由 逗你玩~~~ 于 2014-8-13 10:51 编辑

如果要讨论信号源至传输线间的反射,必然需要引入一根附加的传输线(实际可能是非均匀的)。就算是此附加传输线是均匀的,其特征阻抗就一定是Zs?如不是Zs,其内的反射情况更复杂。原本是个简单的问题,硬是被杜撰得如此复杂。

工程中,忽略次要因素是常识,况且在此都已经确定了其接入源部分就是个集总电路模型,意味着其内的反射再复杂也将被忽略。

说实在,如果真要较真的话,现实中均匀传输线都根本不存在,你用麦克斯韦方程去解吧!

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逗你玩~~~| | 2014-8-13 10:35 | 只看该作者
本帖最后由 逗你玩~~~ 于 2014-8-13 10:37 编辑
jz0095 发表于 2014-8-13 09:44
“反射需要空间”是没有说服力的。集总模型不需要空间,反射的定义也不需要空间;有空间的反射是反射理论的 ...

另外,再问个逻辑问题:

入射和反射都是有方向的,如果是三维空间的话入射和反射还不一定是呈一百八十度反向关系。我们都知道,集总电路模型是不具备空间维度的,那么其内的“入射”和“反射”的“图像”是怎样的?注意,别拿个电路图来比划,那图只是集总电路模型的可视图形表示之一,非唯一。

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hhucwyd| | 2014-8-13 11:29 | 只看该作者
第一个问题,是因为信号源内阻与传输线距离很近,无需分布参数模型考虑,故不考虑信号反射,直接集总参数模型考虑既可以。当经过较长传输线阻抗不连续,才需要分布参数模型考虑反射。
第二个问题,多次正、负反射叠加效果,可自己推导一下就知道了。
第三个问题,其实是一样的,只是不同层面的解释,LC谐振既是寄生电容电感瞬态的表现,也是集总参数模型类比的说法吧。反射是LC造成的分布参数模型中传输结果。

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jz0095| | 2014-8-13 11:39 | 只看该作者
其实最简单的就是,信号源Us(含内阻Zs)接入特征阻抗为Zs的传输线,然后此传输线再接入到特征阻抗为Z0的传输线。这样,“反射”是有了(应该说被造出来了),但现实一定是如此吗?那根被“造出来”的传输线的特征阻抗一定就是Zs?如果不是Zs,是不是还要去再“造”一根传输线?

既然都已经明确了是个集总电路的接入,还去自寻烦恼?
你把讨论的模型复杂化了。Zs接Z0=Zs的传输线只起到将源输出参考面移到该传输线的末端,其戴维南等效电路仍是没有该传输线的源。整个电路模型仍是Zs接不同Z0的传输线。
强调集总电路存在反射,不是自寻烦恼,而是有应用为支撑的。例如,网络分析仪测量元件的阻抗,是以测量反射系数为基础的。测量时,参考面校准到元件的根部。反射的第一个产物是参考面的合成电压,该合成电压不需要空间产生。反射量可以通过定向耦合器分离出来;也可以通过合成电压的高低计算出来,即集总、无空间可以有反射。
“分压”是处理手段,原理、概念是另一回事。

入射和反射都是有方向的,如果是三维空间的话入射和反射还不一定是呈一百八十度反向关系。我们都知道,集总电路模型是不具备空间维度的,那么其内的“入射”和“反射”的“图像”是怎样的?注意,别拿个电路图来比划,那图只是集总电路模型的可视图形表示之一,非唯一。
在电路中,入射和反射的方向是沿导线定的。没有空间维度的集总入、反射结果是:合成量,U=ui+ur, I=Ii-Ir。ui、Ii 可知,反射量可以计算出来。

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逗你玩~~~| | 2014-8-13 12:11 | 只看该作者
jz0095 发表于 2014-8-13 11:39
你把讨论的模型复杂化了。Zs接Z0=Zs的传输线只起到将源输出参考面移到该传输线的末端,其戴维南等效电路仍 ...

就看你的那几个实例吧:

例如,网络分析仪测量元件的阻抗,是以测量反射系数为基础的。测量时,参考面校准到元件的根部。反射的第一个产物是参考面的合成电压,该合成电压不需要空间产生。反射量可以通过定向耦合器分离出来;也可以通过合成电压的高低计算出来,即集总、无空间可以有反射。


网分测反射,其目的就是为了弄清楚器件的特定参考面上的反射系数,然后根据具体的传输线接入可得到传输线任意断面上的反射系数(或阻抗),这里的空间概念非常具体。

这里又提到了定向耦合器,那玩意儿的空间特性从其名字中即可见一班。

看另一个:

在电路中,入射和反射的方向是沿导线定的。没有空间维度的集总入、反射结果是:合成量,U=ui+ur, I=Ii-Ir。ui、Ii 可知,反射量可以计算出来。


没有“导线”,没有来回反射的过程,零时间内就已经叠加好了的“合成量”,甚至是如何叠加而成都不知道(只知道其最终值),再去分析有何意义?此外,传输线中的uiurIiIr都有特定的走向(称为行波),在集总电路模型中如何行走?

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