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傳輸線的損耗除了帶來衰減之外,還帶來了什么?

2023/08/10
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因為有限的電導率和有損耗的填充介質,傳輸線會有損耗。

傳輸線的分布參數(shù)模型如下圖所示。

其中,R表示由于金屬的有限電導率帶來的損耗,而G則表示由于有耗電介質帶來的損耗。

由上面的分布參數(shù)模型,可以得到傳輸線的電報方程,從而得到傳輸線上電壓波的傳輸方式。

其中,上面的復傳播常數(shù) γ的等式可以做如下變換。

因此,由于有限電導率和電介質損耗,會使得電壓在傳輸過程中,幅度發(fā)生衰減。

但是除了幅度會衰減之外,還會有什么影響呢?

當傳輸線無耗時,即R=0,G=0,此時:

此時,相位項 β是頻率的線性函數(shù)。

但是,如果不忽略傳輸線的損耗,嚴格按照式5來計算出衰減因子 α和相位項 β,如下圖所示。

此時,當不忽略損耗時,衰減因子 α和相位項 β都不是嚴格的頻率的線性函數(shù)。

相速的定義為:

這說明,相速隨時間變化。

這呢,又進一步暗示,如果一個含有多個頻率的寬帶信號,沿著有損耗的傳輸線傳輸?shù)脑?,不同頻率分量到達傳輸線接收端的時間會有不同,即會產(chǎn)生色散效應

而且不同頻率對應的衰減幅度還也一致。

雖然,β與線性函數(shù)的偏離可能非常小,但是如果傳輸線很長,那影響就不能忽略。

所以,就有了無畸變傳輸線的概念,即distortionless line。

當傳輸線的參數(shù)滿足下面條件時,傳輸線可以是一個無畸變傳輸線:

此時式5可以簡化為:

此時,雖然傳輸線還是有衰減,但是衰減的幅度與頻率無關,而且?β是頻率的線性函數(shù),即相速不是隨頻率變化的函數(shù)。

因此無畸變傳輸線,雖然有耗,但是可以無失真的傳輸脈沖或者寬帶調制信號

所以,傳輸線的損耗,除了帶來衰減之外,還帶來了色散效應,即傳輸時,其幅度和相位的變化,都與頻率相關。

參考文獻:

[1] 微波工程

[2] https://empossible.net/wp-content/uploads/2018/03/Lecture-4a-Transmission-Lines.pdf

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