为什么反射仅适用于传输线?


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为什么波反射的概念似乎仅适用于传输线?例如,对于具有两个电阻R1 = 和R2 = 75Ω的简单电路,来自第一电阻的电压波的反射量为:ΩΩ

Γ=75-5075+50=0.2

然后这将意味着一个功率反射和1 - 0.04 = 96 功率传输。但是,入射功率是多少?0.22=0.04=41个-0.04=96

我猜您可以将其抹掉,因为“传输线和电阻是不同的东西”,但是它们之间的根本区别是什么?您在电阻中有一类电子在“行进”,并且我猜想,如果它们碰到另一种具有不同能力的电阻,则电子可以“行进”,那么它们应该部分返回,从而被反射。


反射的概念在声学方面也很重要。
Dwayne Reid 2015年

Answers:


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反射无处不在,不仅发生在传输线上。传输线是物理情况的模型,易于应用于长度等于或大于信号波长且横截面规则的一对导体。

决定反射是否重要的是电路的频率物理尺寸。如果您具有无与伦比的阻抗,那么您确实会像您所描述的那样得到反射波,或者您必须对其进行处理,或者由于某种原因它们可以忽略不计。这有两个原因:

  • 对于专门的低频电路,反射会反复反射并在比信号变化快得多的时间尺度上稳定下来。也就是说,每个两次反射都是一个额外的信号,仅与原始信号异相,但是当它们更多地异相时,其幅度下降很快,以至于可以忽略不计。(甚至可以通过这种方式构建RF电路,从很多内置的HF业余无线电设备中可以看出。)

    随着频率的增加,波长减小,并且组件的物理尺寸变得相对较大,因此您开始担心避免阻抗“凸起”。从这里开始在印刷电路中使用微带设计技术。

  • 在数字电路中,陡峭的跳变可能会反映出高频成分,但是只要您的时钟速度比走线/导线的长度慢得多(您可以通过c进行转换,当然这是有道理的),因为在时钟进行下一个滴答声时,所有信号都已稳定下来达到稳定状态。

    (请注意,这里没有驻波,因为在单个时钟滴答周期内,驱动信号是阶跃(从高到低或从低到高逻辑电平),而不是周期性信号。)

    随着时钟速度的增加,可用的建立时间减少,要求您将反射减至最小或将信号传播时间减至最小(以便建立速度更快)。


这开始变得有意义,例如,在我的理论简单电路中,从R1到R2的波将被20%反射,但在基尔霍夫定律适用且我不知道的情况下,它们也会在电路中的任何位置来回反射。不必担心这样的反射(对于低频)是否正确?
victorbg 2015年

@victorbg Kirchhoff的法律无论如何都适用。只是您可以选择等待直到稳定状态,然后将其应用到集总元素模型中而忽略距离,或者将它们应用到包含传输线(或它们的LC近似值)的模型中。
凯文·里德

假设两个电阻现在被一条较长的传输线隔开。从打开发电机到达到R2的那一刻,R2处没有电位差吧?因此,基尔霍夫循环定律尚不适用,它仅适用于稳态。如果您删除传输线,则它仍然应该仅适用,非常快(非常非常快)。
victorbg 2015年

KCL仍然适用。发电机附近的电流回路被发电机附近的传输线的电容所封闭。充电时,那里的电流停止,并且电容沿线进一步充电(环路增大),依此类推,直到环路将R2包围为止。
凯文·里德

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它们之间的区别在于,传输线的特征是电容和电感(通常还包括一些电阻)。在现实生活中,信号的传输既涉及磁场的产生(因为电流在流动),也涉及电场的产生(因为导体上存在电压差)。处理这些领域的框架是电感和电容的概念。传输线可以建模为分布式感应/电容网络,正是传输线的能量存储属性才使它能够产生其实际效果。因此,它的行为与理想电阻器不同的原因不同。在音频和短距离时,这些影响实际上并不重要,但是在高频或长距离时,它们可能变得很重要。要求对这种材料进行处理的最早的应用之一是跨大西洋电报电缆。频率不是很高,但是很长的长度会引起意想不到的问题。例如,您可以在此处阅读htp://faculty.uml.edu/cbyrne/Cable.pdf进行讨论。


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您正在谈论的电磁效应适用于高频。通常用于电路分析的频率很小,因此不适用反射和传输概念。


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电阻几乎是集总电路元件。传输线用于对传输线的长度接近或大于波长的情况进行建模。如果物理电阻大于波长,则需要将其建模为比简单集总电阻更复杂的模型。一种选择可能是有损传输线。


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当驱动器的上升时间快于导线的传播延迟时,就会发生传输线效应。如果不是这种情况,则导线通常表现为集总电感,负载表现为集总电容。我已经使用SPICE和PC板的测量完成了很多建模工作,这就是我所发现的。

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