电压方程:
电流方程:

变量替换

通过数学变换进行华丽的解耦
正弦交流激励下的电压电流表达式:
其中,u,i既是x的函数,又是t的函数
接下来我们将其改写成复数形式:
其中这两个复数量只是x的函数,和时间t无关。这实际上表示了原向量的幅值和初相位(与x有关)。
乘上旋转因子(与t有关),取虚部,就得到了原来的正弦激励:
💡
实际上,这就是之前电路原理中构造相量的操作
代入上述偏微分方程,实现了关于t、x的解耦求导
简化后的方程:

同理,对关于电流的方程进行同样的操作可以得到:

传播系数

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传输线单位长度上的串联阻抗
传输线单位长度上的并联导纳
注意:需要明确Z₀Y₀并非阻抗与导纳的相乘。这里的Z₀Y₀乘积并不为零,而是一个复数。这是因为Z0Y0描述的并不是同一个东西
传输线的传播系数
其中:
  • 无量纲
  • 虚部α称为相位常数,表示传输线上波的相位变化
  • 实部β称为衰减常数,表示传输线上波的衰减程度

波阻抗

将复数形式的电压电流方程相除,定义波阻抗
波阻抗是一个复数,其量纲是欧姆(Ω)
物理意义:波阻抗描述了传输线上行波的电压与电流之间的关系,是传输线的一个重要特性参数。

解电压方程

对上式两边求导:
根据之前的方程:
将其代入:
根据齐次线性微分方程求解步骤,先求该方程的特征方程:
特征方程的两个特征根为:
因此,该二阶常系数齐次线性微分方程的通解可以写成:

解电流方程

同理,我们可以求解电流方程:
电流方程的通解为:
根据电压电流的关系方程:
将电压通解代入上式:
整理可得:
因此:
 
最终电流通解可以表示为:

初始条件的确定

已知始端电压电流分别为

根据起点位置x=0,有:
联立方程组求解:
将系数代回原方程,得到最终解。解可以写成两种等价形式:
形式一:指数形式
形式二:双曲函数形式
利用双曲函数的定义:
这两种形式是完全等价的,可以根据具体问题选择更方便的形式使用。
可以将解改写为:

已知末端电压电流分别为

根据终点位置x=l,有:
联立方程组求解:
形式一:指数形式
形式二:双曲函数形式
其中,

💡
这是一个双口网络!!!
值得指出的是,波阻抗与负载无关,这是初学者容易疑惑的问题。事实上,研究问题是我们将传输线看作一个双口网络
电源、负载并不是我们直接研究的对象。解决实际问题时,也是用类似双口网络的思路研究,将分布参数问题化为集中参数问题
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传输线的入端等效阻抗

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  1. 首先定义入端等效阻抗Zi为电压与电流的比值:
  1. 将双曲函数形式的电压电流表达式代入(其中x' = l-x):
  1. 将这两个表达式相除得到:
  1. 令负载阻抗 Z₂ = U₂/I₂,将U₂ = Z₂I₂代入分子分母:
  1. 提取公因子I₂:
  1. 分子分母同时除以ch(γx'),利用双曲正切的定义th(γx') = sh(γx')/ch(γx'):
  1. 时,得到输入阻抗的最终形式:

例1
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例2 三相线要看作有三条中线
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