传输线反射。我想要一个非数学的解释

我是一名持照无线电业余爱好者，并且对传输线或馈线末端发生的事情，从民俗的城市神话到麦克斯韦-海维赛德方程式等许多不同的解释都感到困惑。我意识到他们最终都会达成同一个目标（或者应该做到，双关完美），但是他们都没有让我对正在发生的事情有直觉。

我喜欢图表，因此用（图形）相量来回答负载电流和电压的方法最适合我。例如，线路上的阶跃脉冲如何在开路终端处引起两倍的电压？对于短路电流也是如此。线路的电感和电容如何产生反射阶跃？

任何人都可以在没有掌握所有数学知识的情况下提供帮助并且不告诉任何“对孩子的谎言”吗？

好吧，对于它的价值，这是我如何形象化。

如您所说，传输线同时具有分布电容和分布电感，二者相结合形成其特征阻抗Z ₀。假设我们有一个阶跃电压源，其输出阻抗Z _S匹配Z ₀。在t = 0之前，所有电压和电流均为零。

在发生阶跃的那一刻，来自电源的电压将自己在Z _S 和Z ₀两端平均分配，因此线路那端的电压为V _S / 2。首先要发生的事情是，电容的第一位需要充电到该值，这需要电流流过电感的第一位。但这立即导致电容的下一位通过电感的下一位充电，依此类推。电压波沿线路传播，电流在其后方流动，但不在其前方。

如果线路的远端终止于与Z ₀相同值的负载，则当电压波到达那里时，负载立即开始汲取与线路中已经流动的电流完全匹配的电流。没有任何改变的理由，因此生产线上没有任何反思。

但是，假设该线的远端是开放的。当电压波到达那里时，没有电流流过它的后面，因此电荷在电容的最后一位“堆积”直到电压达到可以终止最后一个电流的程度。一点电感。为此所需的电压恰好是到达电压的两倍，这会在电感的最后一位上产生一个反向电压，该反向电压与首先启动其中电流的电压相匹配。但是，我们现在在该行的末端具有V _S，而大多数行仅充电至V _S / 2。这会导致电压波沿反方向传播，并且在传播时，仍在向前流动的电流波被减小到零的波后面，留下线后面它充电到V _小号。（对此的另一种思考方式是，反射会产生一个反向电流，该反向电流会完全抵消原始的正向电流。）当反射的电压波到达电源时，Z _S两端的电压突然降至零，因此电流降至零。也一样 同样，现在一切都处于稳定状态。

现在，如果在入射波到达时线路的远端短路（而不是断开），则我们有一个不同的约束条件：电压实际上无法升高，电流仅流入短路。但是现在我们又遇到了不稳定的情况：线路的那一端是0V，但线路的其余部分仍被充电到V _s / 2。因此，更多的电流流入短路，该电流等于V _S / 2除以Z ₀（恰好等于流入线路的原始电流）。电压波（从V _S步进/ 2（低至0V）沿相反方向传播，此波后的电流是其前面的原始电流的两倍。（再次，您可以将其视为抵消原始正向波的负电压波。）当该波到达源极时，源极驱动为0V，整个源极电压降到Z _S上，并且电流流过Z _S等于现在在线路中流动的电流。一切再次稳定。

这有帮助吗？根据实际的电子设备（与涉及绳索，重物或液压等的类比）可视化该视图的优点之一是，它使您可以更轻松地推断其他情况，例如集总电容，电感或传输线上附着的电阻负载不匹配。

如果您愿意，可以进行以下一系列实验或思想实验。

1）用两个朋友在两端拉长的绳子并拉紧。站在中间，让一端的人垂直快速挥动绳索，将脉动沿绳索传给另一人。当波浪经过您（在中间）时，您会注意到波浪刚刚传播通过您。（当时没有任何反射）。您会注意到，绳索的位置在您之前和之后均相同。在匹配阻抗的情况下，没有过渡，因此没有反射。

2）取相同的绳索，将其绑在刚性墙上的固定位置。要求您的朋友沿绳索发送脉冲，并观察波接近时，波到达固定位置，然后反射回去。您会注意到，当它反映出来时它就会倒转。这相当于一个简短。绳索弹起，但由于锚定而无法移动，能量存储在弹性能量中，弹性能量使绳索弹回（反转脉冲）

3）用同一根绳子捆扎非常非常轻的绳子。再次让您的两个朋友站在两端，将绳索/弦拉紧，并在绳索上放下一个脉冲。在绳/绳之间的过渡处，脉冲将反射但不会反转。这是开路的一个例子。绳子弹起了，但是能量无法进入绳子（或更少的能量），因为绳子的质量要少得多。因此，绳索的末端上升，能量存储在势能中，然后通过回落而简单地消散，从而将波回传到线路上。

在波导中，随着波的传播，能量从磁（电流）转换为电（电压）。在开路终端，电流不能流动，因此能量以电压形式流过。简短地说，电压无法表示（它是短路或等电位的），因此能量进入局部电流环路。

我喜欢将传输线视为具有相同重量并与匹配弹簧连接的集合。当在一端注入压缩脉冲时，每个配重最终以这样一种方式推压下一个配重，即“上游”配重的推拉与推力被“下游”配重的推拉精确地平衡，从而波浪通过后，每个重物一动不动。

如果传输线的末端无法移动，则结果是无法移动的弹簧“向后推”的力是其可能移动的两倍。推力的一半抵消了前一波浪产生的推力，另一半则将前重物推向与先前运动相反的方向。最终结果是压缩波被传回。

如果传输线的末端只是“打开”，结果将是最后的重量不会在将能量转移到下一个重量后最终仅移动到其起始点，但是当它到达起始点时会仍然拥有从以前的体重获得的所有能量。在那一点上，惯性和动量会使它继续超过该点，并有效地用先前的砝码已经馈入的所有能量“拖曳”先前的砝码。这将有效地在弹簧上产生张力波。

贝尔实验室这个有趣的视频很好地演示了在完全机械的台式设备上的波运动，驻波比和阻抗匹配部分，而无需数学运算。它以一种即使是外行人也可以理解这些概念的方式呈现。

• 从自由端和夹紧端反射波
• 叠合
• 驻波与共鸣
• 阻抗不匹配导致的能量损失
• 减少四分之一波和锥形截面变压器的能量损耗