1.4传输线的传输功率、效率与损耗
1.4 传输线的传输功率、效率与损耗传输线传输功率效率与损耗
传输功率
本节要点
传输效率 损耗 功率容量
Decibels (dB)作为单位
功率值常用分贝来表示，这需要选择一个功率单位作为参考，常用的参考单位有1mW 和1W 。
如果用1mW 作参考，分贝表示为：
=)
mW (lg 10)dBm (P P 如1mW=0dBm 10mW=10dBm 1W=30dBm 0.1mW=?10dBm
如果1W 作参考，分贝表示为：
如1W=0dBW
10W=10dBW
0.1W=?10dBW
)
W (lg 10)dB (P P =
插入损耗
1.5 阻抗匹配
阻抗匹配具有三种不同的含义，分别是负载阻抗匹配、源阻抗匹配和共轭阻抗匹配。
抗匹配源阻抗匹配和共轭阻抗匹配
本节内容
三种匹配
阻抗匹配的方法与实现
1. 三种匹配(impedance matching)
入射波
射波
反射波Z 0
Z l
Z (1)g
负载阻抗匹配：负载阻抗等于传输线的特性阻抗。
此时传输线上只有从信源到负载的入射波，而无反射波。(2)源阻抗匹配：电源的内阻等于传输线的特性阻抗。()阻抗内阻等传输线特性阻抗
对匹配源来说，它给传输线的入射功率是不随负载变化的，负载有反射时，反射回来的反射波被电源吸收。
E g
Z g
Z in=Z g* E g
负载阻抗匹配Z l =Z 0 Z =Z 信号源阻抗匹配g 0 共轭阻抗匹配Z in =Z g *
匹配器1匹配器2
*g in Z
Z =Z in =Z 0
2. 阻抗匹配的实现方法
隔离器
或阻抗匹配
衰减器
负载匹配的方法：从频率上划分有窄带匹配和宽带匹配；
从实现手段上划分有λ/4阻抗变换器法、支节调配法。
(1) λ/4阻抗变换器匹配方法
此处接λ/4阻抗
变换器
l
R Z Z 001=Z Z =0
in
电容性负载
Z 0
若是l 1
λ/4
01Z Z =
电感性负载又如何？
Z 0
Z 0
Z 01ρ
R x =Z 0/ρ
Z i n =Z 0
(2) 支节调配法(stub tuning)
(2)(i)
支节调配器是由距离负载的某固定位置上的
并联或串联终端短路或开路的传输线（称之为支节）构成的。可分为单支节(single-stub)调配器、双支节(double-stub)调配器及多支节(p)调配器
(multiple-stub)调配器。
串联单支节匹配器
并联单支节匹配器
1
'l 1
max l A
B
Z 0
Z l
Z 0
B Z 0
2
l A ′
′
λ此处为第一波腹点
l
l φ1
max =
A
B
1
'l 1
min l ′
Y 0
Y 0
2
l A ′
B Y 0
λλ±=l 此输应此处为第一
波节点
4
41
min φπl 此处输入导纳应
(c)多支节调配(multiple-stub tuning)
单支节匹配的主要缺点是它仅能实现在点频上匹配，要展宽频带，可采用多支节结构来实现。
1.6 史密斯圆图及其应用
史密斯圆图（smith chart）是用来分析传输线匹配问题的有效方法，它具有概念明晰、求解直观、精配问题的有效方法它具有概念明晰求解直观精
度较高等特点，被广泛应用于射频工程中。
本节要点
史密斯圆图
史密斯圆图应用
1(f i ffi i i )
1.反射系数圆(reflection coefficient circles)
传输线上任意一点反射系数表达为()()()1
1in in +?=
Γz z z z z 传输线任射数
()()0Z z Z z z in in =为归一化输入阻抗。
为一复数极坐标形式为
φ
βφj )
2(j e
e
)(l z l l z Γ=Γ=Γ?Γ(z )为复数，极坐标形式为：于顺时针转动；反之，由电源向负载移动时，
时，反射系数经历一周。针转动。沿传输线每移动时，反射系数经历2/λ
高速电路传输线反射问题的分析与解决
武汉理工大学 班级：___电子与通信工程153班_____ 姓名：_________ ___________ 学号：________1049731503239_______ 教师：____ ____________
高速电路传输线反射问题分析与解决 （武汉理工大学信息工程学院，武汉，430070） 摘要：高速数字信号的传输线反射问题是影响现代数字电路设计的重要原因因素之一，严重的反射将破坏信号的完整性，并引起过冲现象，从而出现错误的数字逻辑和影响电路上元器件的正常使用。本文重点的分析高速电路中信号反射产生的原因，和给出解决反射问题的方案。 关键词：传输线；反射；解决方案 Abstract: Reflection high-speed digital signal is an important factor affecting the modern digital circuit design, serious reflection would undermine the integrity of the signal, and cause overshoot phenomenon, which appears erroneous digital logic and destruction devices. This paper analyzes in detail the causes of signal reflections and phenomena, and give a reflection solution. Keyword: Transmission line；reflection； solution 1.引言 反射就是在传输线上的回波，如果传输线的长度满足长线时，且没有合适的终端匹配，那么来自于驱动端的信号脉冲在接收端被反射，从而引起非预期效应，使信号轮廓失真。反射是传输线的基本效应，即当信号沿着传输线传输时，碰到阻抗不连续时会发生反射。当信号在传输时，碰到了比目前高的阻抗时会发生正向发射，使得信号边沿的幅度增加，信号边沿会出现过冲。过冲就是指接收信号的第一个峰值或者谷值超过了设定电压，对于上升沿是指第一个峰值超过最高电压；对于下降沿是指第一个谷值超过了最低电压。当信号在传输时碰到比目前阻抗低时，会产生负向反射，使得信号边沿的幅度减小，信号边沿出现台阶，即欠冲。严重时，可能会产生假时钟信号，导致系统的读写出现误读或者误写等操作。 在一个时钟周期中，反复的出现过冲和欠冲，我们就称之为振荡。振荡是电路中因为反射而产生的多余能力无法及时吸收的结果。在印制电路板中，反射通常由连线阻抗的不匹配造成，如：不同布线层阻抗不一样、T型连接、过孔、线宽的变化、器件的输入输出阻抗，封装寄生参数等等。以下图 1.1理想传输线模型来分析与信号反射有关的重要参数。
传输线的特性阻抗分析
传输线的特性阻抗分析 传输线的基本特性是特性阻抗和信号的传输延迟，在这里，我们主要讨论特性阻抗。传输线是一个分布参数系统，它的每一段都具有分布电容、电感和电阻。传输线的分布参数通常用单位长度的电感L和单位长度的电容C以及单位长度上的电阻、电导来表示，它们主要由传输线的几何结构和绝缘介质的特性所决定的。分布的电容、电感和电阻是传输线本身固有的参数，给定某一种传输线，这些参数的值也就确定了，这些参数反映着传输线的内在因素，它们的存在决定着传输线的一系列重要特性。 一个传输线的微分线段l可以用等效电路描述如下： 传输线的等效电路是由无数个微分线段的等效电路串联而成，如下图所示： 从传输线的等效电路可知，每一小段线的阻抗都是相等的。传输线的特性阻抗就是微分线段的特性阻抗。
传输线可等效为：
Z0 就是传输线的特性阻抗。 Z0描述了传输线的特性阻抗，但这是在无损耗条件下描述的，电阻上热损耗和介质损耗都被忽略了的，也就是直流电压变化和漏电引起的电压波形畸变都未考虑在内。实际应用中，必须具体分析。 传输线分类 当今的快速切换速度或高速时钟速率的PCB 迹线必须被视为传输线。传输线可分为单端（非平衡式）传输线和差分（平衡式）传输线，而单端应用较多。 单端传输线路 下图为典型的单端（通常称为非平衡式）传输线电路。 单端传输线是连接两个设备的最为常见的方法。在上图中，一条导线连接了一个设备的源和另一个设备的负载，参考（接地）层提供了信号回路。信号跃变时，电流回路中的电流也是变化的，它将产生地线回路的电压降，构成地线回路噪声，这也成为系统中其他单端传输线接收器的噪声源，从而降低系统噪声容限。 这是一个非平衡线路的示例，信号线路和返回线路在几何尺寸上不同 高频情况下单端传输线的特性阻抗（也就是通常所说的单端阻抗）为： 其中：L为单位长度传输线的固有电感，C为单位长度传输线的固有电容。 单端传输线特性阻抗与传输线尺寸、介质层厚度、介电常数的关系如下： ?? 与迹线到参考平面的距离（介质层厚度）成正比 ?? 与迹线的线宽成反比
(完整word版)传输线理论
实验一：传输线理论* （Transmission Line Theory） 一.实验目的： 1.了解基本传输线、微带线的特性。 2.利用实验模组实际测量以了解微带线的特性。 3.利用MICROWA VE软件进行基本传输线和微带线的电路设计和仿真。 二、预习内容： 1．熟悉微波课程有关传输线的理论知识。 2．熟悉微波课程有关微带线的理论知识。 项次设备名称数量备注 1 MOTECH RF2000 测量仪1套亦可用网络分析仪 2 微带线模组1组RF2KM1-1A, 3 50ΩBNC 连接线2条CA-1、CA-2 (粉红色) 4 1MΩBNC 连接线2条CA-3、CA-4（黑色） 5 MICROWA VE软件1套微波电路设计软件 四、理论分析： （一）基本传输线理论 在传输线上传输波的电压、电流信号会是时间及传输距离的函数。一条单位长度传输线的等效电路可由R、L、G、C等四个元件来组成，如图1-1所示。 假设波的传播方向为＋Z轴的方向，则由基尔霍夫电压及电流定律可得下列二个传输线方程式： 此两个方程式的解可写成： ) ( ) ( ) ( ) ( ) (2 2 2 = + - - -z V LG RC j z V LC RG dz z V d ω ω ) ( ) ( ) ( ) ( ) (2 2 2 = + - - -z I LG RC j z I LC RG dz z I d ω ω 图1-1单位长度传输线的等效电路
z z e V e V z V γγ--++=)( (1-1) ，z z e I e I z I γγ--+-=)((1-2) 其中V +,V -,I +,I -分别是信号的电压及电流振幅常数，而+、-则分别表示+Z ，-Z 的传输方向。γ则是传输系数（propagation coefficient ），其定义如下： ))((C j G L j R ωωγ++= (1-3) 而波在z 上任一点的总电压及电流的关系则可由下列方程式表示： I L j R dz dV ?+-=)(ω V C j G dz dI ?+-=)(ω (1-4) 式（1-1）、（1-2）代入式（1-3）可得： C j G I V ωγ+=++ 一般将上式定义为传输线的特性阻抗（Characteristic Impedance ）——Z O ： C j G L j R C j G I V I V Z O ωωωγ++=+===--++ 当R=G=0时，传输线没有损耗（Lossless or Loss-free ）。因此，一般无耗传 输线的传输系数γ及特性阻抗Z O 分别为： LC j j ωβγ== ， C L Z O = 此时传输系数为纯虚数。大多数的射频传输线损耗都很小；亦即R <<ωL 且G <<ωC 。所以R 、G 可以忽略不计，此时传输线的传输系数可写成下列公式： βαωγj C G L R LC LC j +=?? ? ??++ ≈2 （1-5） 式（1-5）中与在无耗传输线中是一样的，而α定义为传输线的衰减常数（Attenuation Constant ）,其公式分别为： LC j ωβ=， )(2 1 2o o GZ RY C G L R LC +=??? ??+= α 其中Y 0定义为传输线的特性导纳(Characteristic Adimttance), 其公式为： L C Z Y O O ==1 （二）负载传输线（Terminated Transmission Line ） （A ）无损耗负载传输线（Terminated Lossless Line ） 考虑一段特性阻抗为Zo 的传输线，一端接信号源，另一端则接上负载，如
输电线路损耗
输电线路损耗 1．输电线路损耗 当负荷电流通过线路时，在线路电阻上会产生功率损耗。 (1) 单一线路 有功功率损失计算公式为 △P＝I2R 式中△P--损失功率，W； I--负荷电流，A； R--导线电阻，Ù (2)三相电力线路 线路有功损失为 △P＝△PA十△PB十△PC＝3I2R (3)温度对导线电阻的影响： 导线电阻R不是恒定的，在电源频率一定的情况下，其阻值随导线温度的变化而变化。 铜铝导线电阻温度系数为a＝0.004。 在有关的技术手册中给出的是20℃时的导线单位长度电阻值。但实际运行的电力线路周围的环境温度是变化的；另外；负载电流通过导线电阻时发热又使导线温度升高，所以导线中的实际电阻值，随环境、温度和负荷电流的变化而变化。为了减化计算，通常把导线电阴分为三个分量考虑： 1）基本电阻20℃时的导线电阻值R20为 R20=RL 式中R--电线电阻率，/km，; L--导线长度，km。 2）温度附加电阻Rt为 Rt=a（tP－20）R20 式中a--导线温度系数，铜、铝导线a=0．004； tP--平均环境温度，℃。 3）负载电流附加电阻Rl为 Rl= R20 4）线路实际电阻为 R=R20+Rt+Rl （4）线路电压降△U为 △U=U1－U2=LZ 2．配电变压器损耗(简称变损)功率△PB 配电变压器分为铁损(空载损耗)和铜损(负载损耗)两部分。铁损对某一型号变压器来说是固定的，与负载电流无关。铜损与变压器负载率的平方成正比。 配电网电能损失理论计算方法 配电网的电能损失，包括配电线路和配电变压器损失。由于配电网点多面广，结构复杂，客户用电性质不同，负载变化波动大，要起模拟真实情况，计算出某一各线路在某一时刻或某一段时间内的电能损失是很困难的。因为不仅要有详细的电网资料，还在有大量的运行资料。有些运行资料是很难取得的。另外，某一段时间的损失情况，不能真实反映长时间的损失变化，因为每个负载点的负载随时间、随季节发生变化。而且这样计算的结果只能用于事后的管理，而不能用于事前预测，所以在进行理论计算时，都要对计算方法和步骤进行简化。
传输与接入-计算题公式汇总
1、光纤的归一化频率参数 计算公式： a为光纤纤芯半径，λ为光纤中光波的工作波长，n1为纤芯的折射率，n2为包层的折射率。 △=(n1^2 - n2^2) /2 n1^2 2、光纤损耗 是指光波在光纤中传输一段距离后能量会衰减。a（λ）表示，单位为dB/km。 L 表示光纤长度，Pout表示光纤接出口功率，Pin为光纤接入口功率。Pout和Pin要是mW来计算。 功率（mw） = 10^ (功率（dBm）/10) 记得功率（dBm)一定要除以10，才能算出毫瓦的功率 3、数据孔径 计算公式：NA = n1为纤芯的折射率，n2为包层的折射率。 4、消光比 计算公式：EXT ＝10Lg（Ａ/B） A表示传输1信号的功率 B表示传输0信号的功率。 5、功率密度 功率密度 P D为：
Pt为发射功率，Gt为发射天线增益，r为发射天线到接收位置的距离 6、自由空间传播损耗 Lp = 32.44 + 20Lg d + 20Lg f d是距离单位是km，f是频率单位是MHz 7、香农信道容量公式： C = W Lg（1+ S/N) S/N 为信道的信与噪声功率比简称信噪比，W为信道带宽，N=N0W N0为单边 噪声功率谱密度。 8、等效地球半径Re： Re 为等效地球半径，R0为实际地球半径，K为等效地球半径系数，dn/dh为折射率梯度。 温带地区K = 4/3 称为标准折射，0 §14.5 无损耗传输线 14.5.1 无损耗传输线的特点 如果传输线的电阻0R 和导线间的漏电导0G 等于零，这时信号在传输线上传播时，其能量不会消耗在传输线上，这种传输线就称为无损耗传输线，简称无损耗线。当传输线中的信号的ω很高时，由于00R L >>ω、00G C >>ω，所以略去0R 和0G 后不会引起较大的误差，此时传输线也可以被看成是无损耗线。 因为00=R ，00=G ，所以无损耗传输线的传播常数γ 000000))((C L j C j L j Y Z ωωωγ=== 即0=α，00C L ωβ=，可见无损耗线也是无畸变线。 无损耗传输线的特性阻抗c Z 为 00C L Y Z Z c = = 为纯电阻性质的。 因为0=α，所以依式（14-8）可知无损耗线上的电压和电流相量为 ) sin()cos() sin()cos(2222x Z U j x I I x I jZ x U U c c '+'='+'=ββββ （14-10） 其中x '为传输线上一点到终端的距离。 从距终端x '处向终端看进去的输入阻抗为 c c c in Z x jZ x Z x jZ x Z I U Z ) sin()cos()sin()cos(22'+''+'==ββββ （14-11） 其中，2 22I U Z =为终端负载的阻抗。 14.5.2 终端接特性阻抗的无损耗线 当传输线的终端阻抗与传输线相匹配，即c Z Z =2时，由式（14-10）可求得无损耗线上的电压和电流相量为 x I x j x I x Z U j x I I x U x j x U U x I jZ x U U c c '∠='+'='+'='∠='+'='+'=ββββββββββ2 2222222)]sin()[cos()sin()cos()]sin()[cos()sin()cos( 其电压、电流的时域表达式为 室内传播和路径损耗计算及实例 RFWaves公司 Adi Shamir 摘要：通过对传播路径损耗的估算来预测无线通信系统在其工作环境下的性能；解释了自由空间传播损耗的计算；电磁波在介质中的发射和反射系数的理论计算是预测反射和发射系数的工具。下面的一些实例和模型是在工作频率时给出的。 ------------------------------------------------------------------------------------------- 1.简介 大多数无线应用设计人员最关心的问题是系统能否正常工作在无线信道的最大距离。最简单的方法是计算和预测：a)系统的动态范围；b)电磁波的传播损耗。 动态范围对设计者而言是一个重要的系统指标。它决定了传输信道上(收发信机之间)允许的最大功率损耗。决定动态范围的主要指标是发射功率和接收灵敏度。例如：某系统有80dB的动态范围是指接收机可以检测到比发射功率低80dB的信号电平。传播损耗是指传输路径上损失的能量，传播路径是电磁波传输的路径(从发射机到接收机)。例：如果某路径的传播损耗是50dB，发射机的功率是10dB，那末接收机的接收信号电平是-40dB。 2．自由空间中电磁波的传播 如上所述，当电磁波在自由空间传播时，其路径可认为是连接收发信机的一条射线，可用Ferris公式计算自由空间的电波传播损耗： Pr/Pt= . (λ/4πR)2 式中Pr是接收功率，Pt是发射功率，Gt和Gr分别是发射和接收天线的增益，R是收发信机之间的距离，功率损耗与收发信机之间的距离R的平方成反比。公式可以对数表示为： PL=-Gr-Gt+20log(4πR/λ)=Gr+Gt+22+20log(R/λ) （） 式中Gr和Gt分别代表接收天线和发射天线增益（dB）,R是收发信机之间的距离，λ是波长。 当λ=时(f=可得出： =-Gr-Gt++20log(R) （） R的单位为米。 图2-1表示了信号频率，天线的增益为0dBi时的自由空间的损耗曲线。 《射频电路》课程设计题目：微带传输线概述 系部电子信息工程学院 学科门类工学 专业电子信息工程 学号1108211042 姓名杨越 2012年06月30日 微带传输线概述 摘要 本课程设计主要介绍了微带传输线在实际应用中比较基础且较重要的几个知识点，并没有详细的对微带线的各个参数及特性作细致的说明。例如微带线的近似静态解法、微带线的谱域分析等在本设计中都未曾提及，这与此课程设计的制作人本身的理解能力有着千丝万缕的关系。在后续的微带线设计中，此处所提到准TEM特性、微带线的特性阻抗以及有效介电常数等参数，对于整个微带线系统的确立与实现都有着很重要的关系。例如在设计微带线低通滤波器的时候，当通过低通滤波器原型的电路多次变换计算得到最终的电路时，这时就需要面对将电路图实现微带线的问题，而此时需要的就是特性阻抗的知识。首先，根据特性阻抗值与相对介电常数确定w/h的范围（假设t=0），再由范围选择w/h的具体计算公式，从而求得微带线的宽度。由有效介电常数求出相速度，再求出波导波长，由此可算出微带传输线的长度，等等。 关键词：微带线准TEM特性特性阻抗有效介电常数相速度波导波长 前 言 微带线是（Microstrip Line ）是20世纪50年代发展起来的一种微波传输线，是目前混 合微波集成电路（hybird microwave integrated circuit ,缩写为HMIC ）和单片微波集成电路（monolithic microwave integrated circuit ，缩写为MMIC ）使用最多的一种平面传输线。其优点是体积小、重量轻、频带宽、可集成化；缺点是损耗大，Q 值低，功率容量低。由于微波系统正向小型化和固态化方向发展，因此微带线得到了广泛的应用。 一 微带线的结构 微带线是在金属化厚度为h 的介质基片的一面制作宽度为W 、厚度为t 的导体带，另 一面作接地金属平板而构成的，如图1-1所示。其中，r ε为介质基片的相对介电常数。最 图1-1 微带线 常用的介质基片材料是纯度为99.5%的氧化铝陶瓷（r ε=9.5-10）、聚四氟乙烯环氧树脂如，如图1-2所示。 图1-2 聚四氟乙烯环氧树脂 （r ε=2.55）；用作单片微波集成电路的半导体基片材料主要是砷化镓（r ε =13.0），如图1-3 所示。 有线电视光网系统中光分路器的损耗计算 一、光功率单位介绍 在实际运用中，光功率单位常采用mw或分贝值dBm 在有线电视系统中，利用场强仪测得的射频电平是以dBpV为单位表示的，dB表示一个相对值，如甲的功率为18dBm，乙的功率为10dBm，则可以说甲比乙大8dB，dBm是功率绝对值的单位，不要相互搞混淆了。 二、光分路器的分光比定义及电气参数 光分路器类似于电缆传输网络中的分支器、分配器。在实际的运用中，常常用光分路器把光发射机输出的光信号分成强度不等的几路输出，光强较大的一路传输到较远的设备，光强弱的一路传输到较近的距离，以使各个光节点都能得到近似相等的光功率。光分路器对各支路光功率分配的比例称为分光比，分光比K定义为光分路器某输出端输出光功率与光分路器输出端总的输出光功率之比。 分光损耗：不同的分光比对光信号产生的损耗就叫做分光损耗，其值为-10lgK。 驸加损耗：光分路器把输入端的光信号按照预定的分光比对各个支路进行分配时，光信号通过光分路器时除分光损耗外，还有光分路器本身对光信号产生的损耗，这种损耗称为光分路器附加损耗。 插入损耗：插入损耗包括分光损耗和附加损耗两部分，即插入损耗(dB)=-10lgk+附加损耗。 同时光分路器还有频率响应、均匀性、隔离度等技术指标要求。三、光链路损耗的计算 光链路损耗包括三个部份：一是光缆对光信号强度产生的衰减；二是网络中各种接头、接点对光信号的衰减;三是网络中器件对光信号产生的衰减，例如光分路器的分光损耗和附加损耗。 光链路全程损耗可按下式计算：A=aL-10lgk+Ac+Af。式中：A为光链路全程损耗，aL为光纤对所传输光信号的衰减，α为光衰减系数， 三维工程技术培训讲义1 传输线及馈线介绍 传输线及馈线技术指标 三维工程技术培训讲义 2 传输线及馈线 三维工程技术培训讲义3 传输线及馈线三维工程技术培训讲义 4 超短波段的传输线一般有两种：平行线传输线和同轴电缆传输线（微波传输线有波导和微带等）。平行线传输线通常由两根平行的导线组成。它是对称式或平衡式的传输线。这种低频信号线路。 传输线的种类 三维工程技术培训讲义5 无限长传输线上各点电压与电流的比值等于特性阻抗，用符号Ｚ。表示。同轴电缆的特性阻抗 传输线的特性阻抗 三维工程技术培训讲义 6 信号在馈线里传输，除有导体的电阻损耗外，还有绝缘材料的介质损耗。这两种损耗随馈线长度的增加和工作10×log(Ｐ。/Ｐ )(分贝)。 馈线衰减常数 三维工程技术培训讲义7 置。 匹配的概念三维工程技术培训讲义 8 50 ohms 匹配和失配例 三维工程技术培训讲义9当馈线和天线匹配时，高频能量全部被负载吸收，馈线上只有入射波，没有反射波。馈线上反射损耗三维工程技术培训讲义 10 9.5 W 50 ohms 朝前: 10W 返回: 0.5W 这里的反射损耗为10log(10/0.5) = 13dB 反射损耗示例 三维工程技术培训讲义11 在不匹配的情况下,馈线上同时存在入射波和反射波。两者叠加，在入射波和反射波相位相同的地方振幅相加最大，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方振幅相减为最小，形成波节。其它各点的振幅则介于波幅与波节之间。这种合成波称为驻波。反射波和入射波幅度之１，匹配也就越好。馈线的电压驻波比 三维工程技术培训讲义 12 驻波比、反射损耗和反射系数 例3-6 图3-26所示网络，变电所低压母线上的最大负荷为40MW ，8.0cos =?， T max =4500h 。试求线路和变压器全年的电能损耗。线路和变压器的参数如下： 线路（每回）：S/km 1082.2b ,km /409.0 x ,km /17.06000?×=Ω=Ω=r 变压器（每台）：5.10%V ,7.2%I ,kW 200 ,kW 86s 0s 0===Δ=ΔP P 图3-26 输电系统及其等值电路 解：最大负荷时变压器的绕组功率损耗为 kVA 4166j 252 kVA 5.3128.0/40315001005.1020022100%222+=?? ????×??????×+=??????????????+Δ=Δ+Δ=Δj S S S V j P Q j P S N N s s T T T 变压器的铁芯功率损耗为 kVA 1701172kVA 315001007.2862100%2000j j S I j P S N +=?? ????×+=?? ????+Δ=Δ 线路末端充电功率 Mvar 412.3Mvar 1101001082.22226202?=×××?=?=?V l b Q B 等值电路中流过线路等值阻抗的功率为 j32.455MVA 40.424 MVA 412.3701.1172.0166.4252.030402 01+=?+++++=+Δ+Δ+=j j j j jQ S S S S B T 线路上的有功功率损耗 MW 8879.1MW 10017.021110455.32424.402 22221=×××+==ΔL L R V S P 已知T max =4500h 和8.0cos =?， 从表3-1中查得h 3150=τ，假定变压器全年投入运行，则变压器全年的电能损耗 h kW 2300520h kW 315025287601723150876020?=?×+×=×Δ+×Δ=ΔT T P P A 线路全年的电能损耗 h kW 5946885h kW 31509.18873150?=?×=×Δ=ΔL L P A 输电系统全年的总电能损耗 h kW 8247405h kW 59468852300520?=?+=Δ+ΔL T A A 传输线的反射干扰解析 一.引言 在微机系统中，接口与其它设备之间的连接要通过一定长度的电缆来实现，在计算机内部，印制电路板之间需要通过焊接线来连接。在一些其它的脉冲数字电路中也存在这类事的问题。脉冲信号包含着很多的高频成分，即使脉冲信号本身的重复频率并不十分高，但如果前沿陡峭，在经过传输通道时，将可能发生信号的畸变，严重时将形成振荡，破坏信号的正常传输和电路的正常工作。脉冲信号的频率越高，传输线的长度越长，即便问题越严重。 二.传输线的反射干扰及其造成的危害 任何信号的传输线，对一定频率的信号来说，都存在着一定的非纯电阻性的波阻抗，其数值与集成电路的输出阻抗和输入阻抗的数值各不相同，在他们相互连接时，势必存在着一些阻抗的不连续点。当信号通过这些不连续点时便发生“反射”现象，造成波形畸变，产生反射噪声。另外，较长的传输线必然存在着较大的分布电容和杂散电感，信号传输时将有一个延迟，信号频率越高，延迟越明显，造成的反射越严重，信号波形产生的畸变也就越厉害。这就是所谓的“长线传输的反射干扰”。对于TTL器件来说，“过冲”超过6V时，对器件输入端的P-N结就有造成损坏的可能。同时从+3V～-6V的大幅度下降，将会对邻近的平行信号产生严重的串扰，且台阶将造成不必要的延时，给工作电路造成不良的后果。一旦形成震荡，危害就更严重，这种振荡信号将在信号的始端和终端同时直接构成信号噪声，从而形成有效的干扰。 三.信号传输线的主要特性及阻抗匹配 1.信号传输线的特征阻抗 对于计算机及数字系统来说，经常使用的信号传输线主要有单线(含接连线和印制线等)、双绞线、带状平行电缆、同轴电缆和双绞屏蔽电缆等。传输线的特性参数很多，与传输线的反射干扰有关的参数主要有延迟时间和波阻抗。一般说来，反显得信号延迟时间最短，同轴电缆较长，双绞线居中，约为6ns/m。波阻抗为单线最高，约为数百欧，双绞线的波阻抗，双绞线的波阻抗一般在100Ω-200Ω之间，且绞花越短，波阻抗越低。从抗干扰的角度讲，同轴电缆最好，双绞线次之，而带状电缆和单线最差。 2.阻抗的匹配 当传输线终端不匹配时，信号被反射，反射波达到始端时，如始端不匹配，同样产生反射，这就发生了信号在传输线上多次往返反射的情况，产生严重的反 射干扰。因此要尽可能做到始端和终端的阻抗匹配， 为此，确定“长线”的最佳长度是至关重要的。 5.电缆定额损耗为多少，电力电缆损耗率1%，控制电缆损耗率1.5%，见安装定额。 1.一般尽量使用多芯电缆，因为损耗小。如果电流很大，宁使用双根多芯电缆，也不使用单芯电缆，假如一定使用单芯电缆，还要注意单芯电缆敷设时要使三芯电缆成三叶形排放。 2.电缆电路功率损耗计算，电缆选择 摆出公式： 电流等于电压与电阻之：I=U/R 功率等于电压与电流的积：P=U*I=U*U/R db为化简大数字的计算，采用对数的方式将其进行缩小计算：db=10log p 电缆电阻等于电阻率与电缆长度的积再比上电缆的截面积电阻率的计算公式为：ρ=RS/L。 ρ为电阻率——常用单位Ω·m S为横截面积——常用单位㎡ R为电阻值——常用单位Ω L为导线的长度——常用单位m 电缆选择的计算程序 （1）例：允许损耗为XdB, X=10log p 计算所损耗的功率P （2）P=U*U/R 根据额定功率与额定电压计算负载的等效电阻 （3）计算整个电路的电流 I=（P额—P负）/R负 （4）根据电流与损耗功率决定电缆的电阻 P=I*I*R （5）根据电阻率与线路长度决定电缆的截面积 ρ=RS/L 电阻率请询问电缆生产厂家 几种金属导体在20℃时的电阻率材料电阻率(Ω m) (1)银 1.65 ×10-8 (2)铜 1.75 ×10-8 (3)铝 2.83 ×10-8 (4)钨 5.48 ×10-8 (5)铁9.78 ×10-8 (6)铂 2.22 ×10-7 (7)锰铜 4.4 ×10-7 (8)汞9.6 ×10-7 (9)康铜 5.0 ×10-7 (10)镍铬合金 1.0 ×10-6 (11)铁铬铝合金1.4 ×10-6 (12) 铝镍铁合金1.6 ×10-6 (13)石墨(8～13)×10-6 功率器件应用时所受到的热应力可能来源于两个方面：器件内部和器件外部。器件工作时所耗散的功率要通过发热形式耗散出去。若器件的散热能力有限，则功率的耗散就会造成器件内部芯片有源区温度上升及结温升高，使得器件可靠性降低，无法安全正常工作。在实际应用中，为了保证某些重要功率器件，在这些器件上使用散热器来控制其的工作温升。 功率器件常用的散热方式是使用散热器。散热器设计的选用主要依靠功率器件的损耗发热量。在计算出损耗量的前提下，对散热器的各个参数进行设计。在开关电源系统中功率器件有7个IGBT和2个整流桥，其损耗量计算如下： IGBT的散热器有两组： 其中U 1、U 2、U 3 为一组，U 4、U 5、U 6、U 7 为一组。U 1、U 2、U 3 损耗： 流过电流Io=228A 工作电压Vcc=620V 工作频率fc=3kHZ 其它计算参数由CM600DU-24NFH提供的参数表查得; 通过CM600DU-24NFH自带损耗计算软件可算得一个如下图： 由计算结果可知：P1=389.51W Po=3x P 1=3 X 389.5仁1168.53WU 4、U 5、U 6、U 7 损耗： 流过电流Io=114A 工作电压Vcc=620V 工作频率fc=20kHZ 其它计算参数由CM600DU-24NFH提供的参数表查得; 通过CM600DU-24NFH自带损耗计算软件可算得一个如下图： 由计算结果可知：P1=476.82W Po=4X P 1=4X 476.82=1907.28W 整流桥D IGBT模块的损耗量, IGBT模块的损耗量, 1、D 2 损耗计算 整流桥是由四个二极管构成，主要的损耗来自二极管PN 结。二极管的损耗包括正向导通损耗、反向恢复损耗和断态损耗。肖特级二极管的反向时间很短，反向损耗可以忽略不计。 一般来说，二极管的截止损耗在总功耗中所占的比例很小，可以忽略不计。在实际应用中，只考虑其的正向导通损耗。 二极管的正向导通损耗可由下式求出： Pdiode.F=V FI Fd 式中V F ――二极管正向导通压降；IF ――二极管的正向导通电流； d——二极管工作的占空比 根据查SKKE 310参数可知： VF = 2.1 VI F=400 Ad = 0.25 由此可得单个二极管的损耗P diode.F Pdiode.F=V FI Fd=2.1V X 400A X 0.25=210W 整流桥中的四个上二极管是交替工作的,每次工作是只有两个,所以整流桥的损耗为二极管的两倍，则： 电网电能损耗计算 3.1高压电网电能损耗计算 3.1.1高压电网系指35kV及以上的高压网络。35kV及以上电网的电能损耗计算分为： 线路导线中的电阻损耗、变压器的铁心损耗、变压器的绕组损耗等。110kV 以上电网除此三部分外，还应计及线路电晕损耗和绝缘子的泄漏损耗。 3.1.2 35kV及以上电压的线路，导线型号差别较小，线路条数及引出分支较少，关口计量完整，因此可按线路的接线情况逐条进行线损计算。 3.1.3当网络较复杂、具有环网且关口计量不完善时，可将各节点有功、无功出力和负荷分开，分别排列成导纳矩阵方程进行P—Q分解计算。各节点有功、无功负荷的输入方法可按下述方法进行： 有实测资料时，可直接输入各节点代表日24h有功、无功实际负荷值；当资料有限时也可用节点等效功率法，由各节点代表日全天的有功电量和无功电量求出各节点的平均有功和无功负荷，用负荷曲线形状系数(等效系数)K对其进行修正，考虑并接电源的有功、无功出力后作为输入各节点的有功和无功负荷有效值。 3.1.4小水电网各节点变压器固定的有功、无功空载损耗应视为各节点的有功、无功负荷参与计算，具体计算中可将各节点有功、无功空载损耗分别计人各节点代表日24h有功、无功负荷中，或者在计算中先不计人变压器有功、无功空载损耗，计算结束后，再将其加入到整个小水电网的损耗中去。 3.2配电网电能损耗计算 3.2.1配电网节点多、分支线多、多数元件不能测录运行数据，以及并接有小水电站，计算复杂，所以应根据需要进行适当简化。 简化内容为： (1)各节点负荷曲线的形状及功率因数与供电电源即变电所出线与发电厂出线负荷之和的形状与功率因数相同； 线路电能损耗计算方法 A1 线路电能损耗计算的基本方法是均方根电流法，其代表日的损耗电量计算为：ΔA=3R t×10-3(kW·h) (Al-1) I =(A) (Al-2) jf 式中ΔA——代表日损耗电量，kW·h； t——运行时间(对于代表日t＝24)，h； I ——均方根电流，A； jf R——线路电阻，n； I ——各正点时通过元件的负荷电流，A。 t 当负荷曲线以三相有功功率、无功功率表示时： I = =(A) (Al-3) jf 式中P t——t时刻通过元件的三相有功功率，kW； ——t时刻通过元件的三相无功功率，kvar； Q t U t——t时刻同端电压，kV。 A2 当具备平均电流的资料时，可以利用均方根电流与平均电流的等效关系进行电能损耗计算，令均方根电流I jf与平均电流I pj(代表日负荷电流平均值)的等效关系为K(亦称负荷曲线形状系数)，I jf=KI pj，则代表日线路损耗电量为： ΔA=3K2Rt×10-3(kW·h) (A2-1) 系数K2应根据负荷曲线、平均负荷率f及最小负荷率α确定。 当f >时，按直线变化的持续负荷曲线计算K2： K2=[α+1/3(1－α)2]/ [1/2(1+α)]2 (A2-2) 当f <，且f >α时，按二阶梯持续负荷曲线计算K2： K2=[f(1+α)－α]/f2 (A2-3) 式中f——代表日平均负荷率，f＝I pj/ I max，I max为最大负荷电流值，I pj为平均负荷电流值； α——代表日最小负荷率，α=I min/ I max，I min为最小负荷电流值。 A3 当只具有最大电流的资料时，可采用均方根电流与最大电流的等效关系进行能耗计算，令均方根电流平方与最大电流的平方的比值为F(亦称损失因数)，F=/，则代表日的损耗电量为： ΔA=3FRt×10-3(kW·h) (A3-1) 式中F——损失因数； I ——代表日最大负荷电流，A。 max F的取值根据负荷曲线、平均负荷率f和最小负荷率α确定。 当f >时，按直线变化的持续负荷曲线计算F： F＝α+1/3(1－α)2 (A3-2) 当f <，且f >α时，按二阶梯持续负荷曲线计算： F=f (1+α)－α (A3-3) 式中α——代表日最小负荷率； f——代表日平均负荷率。 A4 在计算过程中应考虑负荷电流引起的温升及环境温度对导线电阻的影响，具体按下式计算： (1+β1+β2) (Ω) (A4—1) R＝R 20 β =(I pj / I20)2 (A4—2) 1 5.2.9功率损耗计算 （1）三相线路中有功及无功功率损耗： 有功功率损耗 321103-?=?R I P js ，kW （5-2-42） 无功功率损耗 321103-?=?X I Q js , kvar （5-2-43） 以上式中 R ——每相线路电阻，Ω， 1R R '=； X ——每相线路电抗，Ω，1X X '=； l ——线路计算长度，km ； js I ——计算相电流，A ； R '、X '——线路单位长度的交流电阻及电抗，Ω/km 。 10kV 铝芯电缆和架空铝线每千米有功功率损耗与线路负荷之间的关系，见图5-2-1、图5-2-2。上述公式中的线路电阻是按导线温度为20℃计算的，如温度为55℃或60℃时，可从图5-2-1、图5-2-2查得的有功损耗值乘以温度校正系数1.14或1.16。 图5-2-1 确定6kV 不同截面铝芯电缆和架空线每千米有功功率损耗与线路负荷的关系曲线 铜芯电缆和架空铜线的有功功率损耗，可用上述铝线损耗数据乘以系数0.61求得。 （2）电力变压器的有功及无功功率损耗： 有功功率损耗 20???? ???+?=?r js k T S S P P P , kW （5-2-44） 无功功率损耗 20???? ???+?=?r js k T S S Q Q Q , kvar （5-2-45） 以上式中 js S ——变压器计算负荷，kV A ； r S ——变压器额定容量，kV A ； 0P ?——变压器空载有功损耗，kW ； k P ?——变压器满载（短路）有功损耗，kW ； 0Q ?——变压器空载无功损耗，kvar ，100%00r S I Q =?； %0I ——变压器空载电流占额定电流的百分数； k Q ?——变压器满载（短路）无功损耗，kvar ，100%r k k S U Q = ?； %k U ——变压器阻抗电压占额定电压的百分数。 华侨大学工学院 实验报告 课程名称：光通信技术实验 实验项目名称：实验1 光纤传输损耗测试 学院：工学院 专业班级：13光电 姓名：林洋 学号：1395121026 指导教师：王达成 2016 年05 月日 预 习 报 告 一、 实验目的 1）了解光纤损耗的定义 2）了解截断法、插入法测量光纤的传输损耗 二、 实验仪器 20MHz 双踪示波器 万用表 光功率计 电话机 光纤跳线一组 光无源器件一套（连接器，光耦合器，光隔离器，波分复用器，光衰减器） 三、 实验原理 光纤在波长λ处的衰减系数为()αλ，其含义为单位长度光纤引起的光功率衰减，单位是dB/km 。当长度为L 时， 10()()l g (/)(0) P L dB km L P αλ=- （公式1.1） ITU-T G .650、G .651规定截断法为基准测量方法，背向散射法（OTDR 法）和插入法为替代测量方法。本实验采用插入法测量光纤的损耗。 （1）截断法：（破坏性测量方法） 截断法是一个直接利用衰减系数定义的测量方法。在不改变注入条件下，分别测出长光纤的输出功率2()P λ和剪断后约2m 长度短光纤的输出功率1()P λ，按定义计算出()αλ。该方法测试精度最高。 图1.1 截断法定波长衰减测试系统装置 （2）插入法 插入法原理上类似于截断法，只不过用带活接头的连接软线代替短纤进行参考测量，计算在预先相互连接的注入系统和接受系统之间（参考条 件）由于插入被测光纤引起的功率损耗。显然，功率1P、2P的测量没有 截断法直接，而且由于连接的损耗会给测量带来误差，精度比截断法差一些。所以该方法不适用于光纤光缆制造长度衰减的测量。但由于它具有非破坏性不需剪断和操作简便的优点，用该方法做成的便携式仪表，非常适用于中继段长总衰减的测量。图1.2示出了两种参考条件下的测试原理框图。 （a） （b） 图1.2 典型的插入损耗法测试装置 传输线理论 均匀传输线的传播常数γ： γ=()()C G L R j j 0000ωω++=α+j β 式中α称为衰减常数，β称为相移常数，R 0 、 G 0 、 L 0 和 C 0分别为分布在传输线上的每米的电阻、电导、电感、电容。 均匀传输线的特性阻抗： Z c =C G L R j j 0 000 ωω++ 传输线终端的反射系数： p=Z Z Z Z C L C L +- (Z L 为终端负载阻抗) 当Z L =Z C 时，p=0，称为无反射匹配。此时传输线的输入阻抗以及沿传输线任一点向终端看去的阻抗，都等于传输线的特性阻抗。 特性阻抗为Z C ，负载阻抗为Z L ，长度为ι的传输线的输入阻抗Z i : Z i =Z e e c l l p p γγ2211---+ 或用双曲线函数的形式表示为： Z i =Z Z Z Z Z C L C C L l sh l ch l sh l ch γγγγ++ 由以上两式可以看出，对于同一负载Z L ，通过不同参数和不同长度的传输线接信号源，其输入阻抗是不同的。因此，传输线可以作负载的阻抗变换器。 无损耗传输线 R 0 =0 ，G 0=0的传输线称为无损耗传输线。 无损耗传输线的特性阻抗与传播常数： Z c =C L 0 （是与频率无关的纯电阻） γ=j C L 00ω （α=0，β=C L 00ω） 无损耗传输线上的驻波与驻波比 设无损耗传输线终端负载阻抗为 Z L =R L +jX L ,则终端的反射系数为： p=Z Z Z Z C L C L +-=X Z R X Z R L C L L C L j j +++-))((=︳p ︱e j ? p 一般为复数。除开Z L =∞（终端开路），Z L =0（终端短路）及R L =O （负载为纯电抗） 外，都有︳p ︱<1，即在传输线终端及沿线各点，反射波的幅度都小于入射波的幅度。 反射波与入射波叠加，电压幅度沿线成为驻定的波浪式分布，这一现象称为线上存在驻波。电压幅度最大的位置称为波腹，幅度最小的位置称为波节，两个相邻的波腹（或波节）之间的距离为1/2波长。 波腹处最大电压与波节处最小电压之比称为电压驻波比，用符号M 表示： M =U U min max =p p -+11 ︱p ︳= （M-1）/（M+1） 驻波比的倒数称为行波系数k , k = 1/M=p p +-11 对于无损耗线而言，沿线各处的驻波比是相同的。 在终端匹配的情况下，线上只有入射波，没有反射波，因此驻波比等于1，行波系数也等于1。此时，线上只有行波而没有驻波。 在终端开路的情况下，反射系数p=1。在终端短路的情况下，反射系数p=-1。这两种情况都称为全反射。反射波的幅度等于入射波的幅度，在波腹处电压幅度为入射波的2倍，在波节处电压恒等于0。 终端短路的无损耗线 1、沿线电压电流的幅值是距离的正弦函数，在终端是电流波腹，电压波节；在距离终端λ/4处，是电压波腹，电流波节；在距终端λ/2处，又是电流波腹，电压波节。 2、在线上任意点，电压电流之间的相位差都是π/2，即从线上任一点向终端看去的阻抗都是纯电抗。 3、终端短路的无损耗线的输入阻抗与位置x （从终端算起的距离）关系： Z ix =j x tg Z C β 输入阻抗是电抗，根据x tg β的正或负决定是感抗或是容抗。由于λ=2π/β，可见终端短路的无损耗线的输入阻抗在0< x <λ/4范围内为一感抗，在x =λ/4处为无穷大（∞，相当于LC 并联谐振），在λ/4< x <λ/2范围内为一容抗，在x =λ/2处为零（0，相当于LC 串联谐振）。如此下去，每增加λ/4长度，输入阻抗的性质就变换一次，每隔λ/2长度就重复一次。在距离为λ/4的偶数倍时，输入阻抗等于零；距离为λ/4的奇数倍时，输入阻抗为无穷大。无损耗传输线
室内传播和路径损耗计算及实例(完整版)
微带传输线概述解析
光系统损耗计算概要
传输线的基本知识
电能损耗计算
传输线的反射干扰解析
电缆的功率损耗和安装损耗
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电网电能损耗计算
线路电能损耗计算方法
5.2.9功率损耗计算
光纤传输损耗测试实验报告报告
传输线理论