传输线方程
2025年11月26日
数学 / 数学物理方法
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一、传输线电报方程

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和直流不同,当导线上传输信号频率较高且导线长度与信号波长在同一数量级时,需要考虑导线中分布的电阻、电容、电感和漏电所带来的影响。以平行双线为例推导传输线上电压电流变化规律中分布的电阻、电容、电感和漏电所带来的影响。

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在平行双线中,情况等效为上图所示电路。两端的电流不同,主要原因是两线之间的寄生电容引起充放电,从而引起电流的变化;同时介质损耗引起的漏电流是另一个原因。两端电压也不同,主要是线上寄生的串联电感引起的充放电引起;同时导体损耗也引起部分压降。压降来自串联部分寄生参数,电流变化来自并联寄生参数。假设:传输线是均匀的。均匀传输线沿线的电介质性质、导体截面、导体间的几何距离处处相同。任意位置的寄生参数保持相同,并且系统是非时变的。

设传输线单位长度的寄生电感、电容、阻抗(导线损耗)和导纳(线间电漏)分别为:。取传输线的长度为,经过该微段后电流从变成了,线间电压从变成了。根据基尔霍夫电流定律:

方程右边第二项为线间漏电带走的电流,第三项为电压变化引起电容充放电所产生的电流。

根据基尔霍夫电压定律:

方程右边第二项为电阻压降,第三项为电感由于电流变化引起的压降。

然后方程两边进行化简,得到:

因此,传输线的电报方程为:

二、理想传输线电报方程

对于理想传输线,电阻和导纳的影响很小,即。于是方程可以写为:

然后结合两公式,可以得到:

可以发现,对于理想传输线,电流和电压均满足波动方程,令

当给定初始条件后,可以使用行波法来进行求解。分析初始条件时,要经常用到下面的关系:

作者信息:老官童鞋gogo
发表于:2025年11月26日
本文标题: 传输线方程