畢業(yè)論文---均勻傳輸線matlab仿真分析

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　均勻傳輸線Matlab仿真分析</p><p>　　The Simulation Analysis of Uniform Transmission Lines for Matlab</p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) </p>

2、<p>　　學(xué)生專業(yè) 通信工程 班 級(jí) 08通信1班 </p><p>　　二級(jí)學(xué)院 信息工程 指導(dǎo)教師 講師 </p><p>　　2012 年 5 月</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　四年的大學(xué)生活即將結(jié)束，值此論文完成之際，我

3、要向在我大學(xué)生涯中指導(dǎo)、關(guān)心和幫助過我的老師、同學(xué)和朋友表示最誠摯的感謝！</p><p>　　我首先要感謝通信專業(yè)的老師們的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求。專業(yè)課老師工作上的踏實(shí)嚴(yán)謹(jǐn)、周到細(xì)致的作風(fēng)和在學(xué)業(yè)上對(duì)我的諄諄教誨和悉心指導(dǎo)給我留下了深刻的印象，讓我獲益終生！</p><p>　　感謝所有對(duì)本文提出過寶貴意見和對(duì)本文進(jìn)行評(píng)閱的專家、老師們。</p><p>　　最后，

4、感謝所有幫助過我的朋友、同學(xué)以及老師，是你們的支持讓我擁有了一個(gè)美好的大學(xué)生活。</p><p>　　均勻傳輸線Matlab仿真分析</p><p>　　摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，微波技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)，農(nóng)業(yè)，生物醫(yī)學(xué)，軍事，氣象探測(cè)，遙感遙測(cè)，交通管制以及各種通信業(yè)務(wù)中，學(xué)科之間的相互滲透不斷加劇，在其他學(xué)科中應(yīng)用微波理論和技術(shù)進(jìn)一步深入研究的范例不斷增多。傳輸線作為傳輸電磁波的導(dǎo)

5、波系統(tǒng)，對(duì)電磁波的傳輸性能直接關(guān)系到電磁波信息能量的傳送，越來越受到人們的重視，成為了很有意義的研究對(duì)象。但是電磁波在傳輸線的傳播比較抽象，有必要對(duì)其進(jìn)行形象化、直觀化研究。 </p><p>　　TEM波場(chǎng)對(duì)應(yīng)于電場(chǎng)有一電壓波，對(duì)應(yīng)于磁場(chǎng)有一電流波。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)針對(duì)常用的均勻有耗和無耗傳輸線，運(yùn)用分布參數(shù)電路法，建立傳輸線等效電路，即“化場(chǎng)為路”，學(xué)習(xí)了傳輸線方程及其解，得出：傳輸線的電壓、電流具有波的形式，

6、由向負(fù)載方向傳輸?shù)娜肷洳ê拖虿ㄔ磦鬏數(shù)姆瓷洳ǎ@兩列波疊加。并且對(duì)這一特性進(jìn)行了Matlab仿真，在代碼中通過改變負(fù)載阻抗的大小使均勻傳輸線分別工作在行波狀態(tài)，駐波狀態(tài)和行駐波狀態(tài)，觀察并驗(yàn)證電壓（電場(chǎng)）和電流（磁場(chǎng)）特性，仿真結(jié)果與理論很吻合。有助于對(duì)傳輸線特性的進(jìn)一步理解。</p><p>　　關(guān)鍵詞：傳輸線；電壓；電流；Matlab 仿真.</p><p>　　中圖分類號(hào)：TN015

7、</p><p>　　The simulation analysis of uniform transmission lines for matlab</p><p>　　Abstract:Along with the rapid development of science and technology，Microwave technology is widely used in ind

8、ustry，Agriculture, biological medicine, military, meteorological observation, remote sensing telemetry，Traffic control and All kinds of communication in business,The mutual infiltration between subjects increasing,In oth

9、er disciplines application of microwave theory and technology of the further research paradigm has increased.Transmission lines as the electromagnetic wave transmission w</p><p>　　TEM wave field correspondin

10、g to the electric field has a voltage wave, corresponding to the magnetic field has a current wave.The graduation design according to the commonly used even lossy and no lossy transmission line,Using the distribution par

11、ameters of circuit,</p><p>　　Establish the equivalent circuit transmission line,Explore the transmission line equation and the solution,Draw:The transmission line voltage, current has the form of waves,The d

12、irection of transmission by to load the incident wave and the reflected wave transmission to the waves,The two columns wave stack.And simulate the characteristics of the Transmission lines with Matlab.In the code By cha

13、nging the size of the load impedance uniform transmission lines to make it work at Traveling wave stat</p><p>　　Key words: Transmission line；Voltage； Current ；Matlab； Simulation</p><p>　　Classif

14、ication:TN015</p><p><b>　　.</b></p><p><b>　　目次</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　目次III&

15、lt;/b></p><p><b>　　1緒論1</b></p><p>　　1.1研究背景及現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2研究內(nèi)容2</p><p>　　1.3論文組織2</p><p><b>　　2理論知識(shí)4 </b></p>

16、<p>　　2.1分布參數(shù)4 </p><p>　　2.2特性參量5 </p><p>　　2.3傳輸線方程及其解6</p><p>　　2.4傳輸線工作參量9</p><p>　　2.5傳輸線工作狀態(tài)分析8</p><p>　　3MATLAB軟件簡介10</p>&

17、lt;p>　　3.1軟件總述10</p><p>　　3.2圖形用戶界面11</p><p><b>　　4解決方案13</b></p><p>　　4.1具體實(shí)施方案概述14</p><p>　　4.2程序設(shè)計(jì)框圖15</p><p>　　4.3各子程序功能17&l

18、t;/p><p><b>　　5總結(jié)29</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)30</b></p><p><b>　　附錄A32</b></p><p>　　學(xué)位論文數(shù)據(jù)集40</p><p><b>　　緒論</b>

19、;</p><p><b>　　研究背景及現(xiàn)狀</b></p><p>　　近幾年來隨著電子科技的飛速發(fā)展，信息技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)和國防科技各個(gè)領(lǐng)域的得到了廣泛得應(yīng)用，作為信息物理層載體的各種微波與高速電路，也有較大發(fā)展。微波電路已經(jīng)從最初的體積笨重、制造工藝和調(diào)試過程復(fù)雜，可靠性差的基于波導(dǎo)或硬同軸線的結(jié)構(gòu)形式，發(fā)展到以金屬微帶線作為傳輸線和連接線的微波集成電路和單片微

20、波集成電路，其集成度，可靠度和性能都大為提高，成本也大大降低[1]。</p><p>　　時(shí)變的電場(chǎng)產(chǎn)生時(shí)變磁場(chǎng)，時(shí)變磁場(chǎng)又產(chǎn)生時(shí)變電場(chǎng)，如此進(jìn)行下去，變化著的電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能傳播開去就形成了電磁波。導(dǎo)波是在含有不同媒質(zhì)邊界的空間傳播的電磁波，而這樣的邊界裝置就是導(dǎo)波系統(tǒng)，它用來束縛和引導(dǎo)電磁波傳播。低頻時(shí)，導(dǎo)線的長度以及導(dǎo)線間的距離相對(duì)電磁波的波長來說很小，兩導(dǎo)線產(chǎn)生的電流反向，在空間產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消，所以沒有

21、輻射損耗。但當(dāng)頻率增大，導(dǎo)線的長度以及兩線間的距離與波長相當(dāng)時(shí)，兩導(dǎo)線的電流在空間建立的場(chǎng)不會(huì)相消，會(huì)產(chǎn)生輻射。導(dǎo)線的電阻損耗也增大。為了減小雙導(dǎo)線的輻射和電阻損耗，采用改進(jìn)型的平行雙導(dǎo)線。線徑比較大，線間距較小，可用于米波頻率；頻率繼續(xù)增大，為避免輻射并進(jìn)一步減小電阻損耗，有了同軸線的應(yīng)用，用于分米波和厘米波；到了毫米波波段時(shí)，同軸線橫向尺寸變小，內(nèi)導(dǎo)體損耗很大，功率容量下降。理論和實(shí)踐證明，可以去掉其內(nèi)導(dǎo)體而做成空心單導(dǎo)體導(dǎo)波系統(tǒng)即

22、柱面金屬波導(dǎo)，主要用于厘米波和毫米波；頻率再升高，發(fā)展了新的導(dǎo)波系統(tǒng)：介質(zhì)波導(dǎo)。比如帶狀線、微帶線等。 一般來講，凡是能夠?qū)б姶挪ㄑ匾欢ǚ较騻鬏數(shù)膶?dǎo)行波系統(tǒng)都稱為傳輸線，對(duì)傳輸線的一般要求：損耗小，工作頻帶寬，功率容量大，傳輸效率高</p><p>　　嚴(yán)格來講，傳輸線是以TEM導(dǎo)模的方式傳輸電磁波的導(dǎo)行系統(tǒng)。不過，各種傳輸TE模和TM?；蚱浠旌夏Ｊ降牟▽?dǎo)中的電磁波沿縱向傳播方向的分布規(guī)律與TEM橫縱向傳播方向

23、分布規(guī)律相似，所以均可看成廣義傳輸線，也可以用等效傳輸線觀點(diǎn)分析[3]。針對(duì)均勻傳輸線的研究，主要有關(guān)于均勻傳輸線方程的解的研究以及傳輸線在有耗和無耗兩種情況下特性的研究。如分別從時(shí)域和復(fù)頻域兩方面對(duì)傳輸線方程的求解方法進(jìn)行的探討[4]； 利用數(shù)學(xué)物理方程，分析并討論了高頻傳輸線中分布參數(shù)電路的特性及過渡過程。對(duì)均勻傳輸線分布參數(shù)電路的討論，闡述了低頻與高頻的不同分析方法[5]；傳輸線因?yàn)榻K端所接負(fù)載的不同，工作狀態(tài)也會(huì)不一樣，有行波，

24、駐波，行駐波狀態(tài)。反射情況不同，對(duì)理想傳輸線上的穩(wěn)恒電振蕩進(jìn)行分析，結(jié)論是1/4波長無耗傳輸線某一端接交流電源，另一端開路則輸入阻抗為零； 反之若另一端短路, 則輸入阻抗為無窮大[6]；造成傳輸線上信號(hào)的衰減失真的原因有很多，其中[7]對(duì)因衰減常數(shù)和非線性相位常數(shù)引起的信號(hào)衰減，運(yùn)用傅里葉展開和MATLAB軟件作了詳細(xì)的分析；文獻(xiàn)[8][9]從均勻傳輸線方程出發(fā), 給出穩(wěn)態(tài)下電流或電壓波沿線分布規(guī)</p><p>

25、;<b>　　研究內(nèi)容</b></p><p>　　對(duì)于電磁波傳輸特性的分析，有場(chǎng)解法和微波等效電路解法[14]，這些方法構(gòu)成傳輸線理論。集總參數(shù)和分布參數(shù)電路的分界線可以認(rèn)為是電長度大于等于0.05。分布參數(shù)電路理論就是用分布參數(shù)電路的方法來研究TEM波傳輸線的一種理論，也是分析傳輸線的一種路的理論，TEM波傳輸線之所以可以用路的方法來分析，其原因在于TEM波場(chǎng)的橫向分布與靜場(chǎng)相同，從而對(duì)

26、應(yīng)于電場(chǎng)有一電壓波，對(duì)應(yīng)于磁場(chǎng)有一電流波[15]。 </p><p>　　研究電壓和電流的波動(dòng)情況，其實(shí)就是研究傳輸線的電磁場(chǎng)特性。通過建立傳輸線等效電路，復(fù)習(xí)傳輸線方程及其解[16]；為了更好地理解和仿真驗(yàn)證方程解的意義，研究學(xué)習(xí)傳輸線的各類參量，并用MATLAB語言編程，仿真直觀演示 傳輸線三種工作狀態(tài)的電壓、電流傳輸特性，并與理論結(jié)論形成對(duì)比，以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確。</p><p>&l

27、t;b>　　論文組織</b></p><p>　　本文通過對(duì)傳輸線理論的學(xué)習(xí)，對(duì)傳輸線方程的解和電場(chǎng)、磁場(chǎng)特性進(jìn)行了matlab仿真分析，使抽象的傳輸線特性理論以波傳動(dòng)的方式直觀表現(xiàn)出來，有助于對(duì)傳輸線的傳輸特性的理解。</p><p><b>　　緒論 </b></p><p>　　本章主要描述微波傳輸線的研究背景及研究現(xiàn)狀

28、，簡介論文組織結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　理論知識(shí)儲(chǔ)備 </b></p><p>　　本章對(duì)傳輸線的理論進(jìn)行學(xué)習(xí)和理解，包括分布參數(shù)，特性參量，傳輸線方程及其解，工作參量，工作狀態(tài)分析等。 </p><p>　　應(yīng)用軟件MATLAB簡介 </p><p>　　對(duì)MATLAB軟件進(jìn)行簡要介紹，敘述了本設(shè)計(jì)重點(diǎn)用到的

29、用戶界面設(shè)計(jì)模塊[17-18]?；诒驹O(shè)計(jì)的代碼要用到很多回調(diào)函數(shù)，相對(duì)而言在量上比較大，以附頁的方式給出。 </p><p><b>　　具體實(shí)施</b></p><p>　　根據(jù)以上的準(zhǔn)備，運(yùn)行所設(shè)計(jì)的代碼關(guān)于傳輸線的特性，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析驗(yàn)證說明。</p><p><b>　　全文總結(jié) </b></p>

30、<p>　　本章對(duì)本文的主要研究工作進(jìn)行總結(jié)。</p><p><b>　　理論知識(shí)</b></p><p><b>　　分布參數(shù)</b></p><p>　　傳輸線是一個(gè)導(dǎo)行系統(tǒng)，信號(hào)是以電磁波的形式在導(dǎo)行系統(tǒng)附近或其內(nèi)部沿著傳輸線傳播。分析電磁信號(hào)在傳輸線中的傳輸特性，一般由兩種方法：一種是電磁場(chǎng)理論，一種

31、是電路分析理論。前者分析方法一般用于低頻電路，傳輸線的所有電場(chǎng)能都集中在電容器C中，磁場(chǎng)能全部集中在一個(gè)電感器L中，而消耗的電磁能量集中電阻元件R和電導(dǎo)元件G上，所以分布效應(yīng)可以忽略其電路參數(shù)LCR是集總的。分布參數(shù)電路則不同，隨著傳輸信號(hào)頻率升高，傳輸線上電壓、電流隨時(shí)間和傳輸線長度變化，電壓、電流表達(dá)是要用偏微分方程表示； 因?yàn)槲⒉ǖ念l率高，波長短，電路元件的輻射損耗、導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗增加，傳輸線間的電阻、電感電容以及電導(dǎo)互不可分

32、，沿線隨機(jī)分布，也隨之變化。所以常把傳輸線單位長度的電阻R1、電感L1、電容C1、電導(dǎo)G1，統(tǒng)稱為傳輸線的分布參數(shù) ，也稱為傳輸線的一次參數(shù)[20]。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)用了平行雙導(dǎo)線來模擬實(shí)際傳輸線。 當(dāng)頻率升高到微波頻段（300MHz-3000GHz）后，由于集膚效應(yīng)使傳輸線的損耗電阻加大，而且沿線各處都存在損耗，此就是分布電阻效應(yīng)。此外，導(dǎo)線周圍沿線分布的高頻磁場(chǎng)產(chǎn)生分布電感效應(yīng)。兩導(dǎo)線之間存在沿

33、線分布的高頻電場(chǎng)將產(chǎn)生分布電容效應(yīng)。導(dǎo)線周圍介質(zhì)絕緣不理想而存在漏電，就是分布電導(dǎo)效應(yīng)[3]。傳輸線結(jié)構(gòu)不同，分布參數(shù)的計(jì)算公式不同，但總體而言，與導(dǎo)線的截面尺寸，線間距以及周圍介質(zhì)的介電常數(shù)、磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率有關(guān)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所要研究的是沿線的分布參數(shù)均為常量的傳輸線，即均勻傳輸線。當(dāng)把分布電阻和分布電導(dǎo)忽略不計(jì)，即均等于零時(shí)，就稱為均勻無耗傳輸線。</p><p><b>　　特性參量</b&g

34、t;</p><p>　　傳輸線的特性參量是指線的結(jié)構(gòu)尺寸，填充媒質(zhì)及工作頻率所決定的量，直接與傳輸線的分布參數(shù)有關(guān)，是傳輸線自身固有的。它用來描述傳輸線上單向波的傳輸特性，有特性阻抗Z0，相波長，相移常數(shù)β，相速度和傳輸常數(shù)，又被稱作均勻傳輸線的二次參數(shù)。</p><p>　　傳輸線上的電壓和電流不是孤立的，他們之間用特性阻抗來緊密相連，傳輸線上行波電壓與電流之比就是傳輸線的特性阻抗Z0

35、。一般情況下，Z0是個(gè)復(fù)數(shù)，與工作頻率有關(guān)。對(duì)于無耗傳輸線，傳輸線的特性阻抗為一實(shí)數(shù)并且與工作頻率無關(guān)。線的結(jié)構(gòu)尺寸和填充介質(zhì)一定時(shí)，Z0是一個(gè)定數(shù)。</p><p>　　相波長P表示在同一時(shí)刻傳輸線上單向波的相位相差為2的兩點(diǎn)間的距離。相移常數(shù)指每單位長度傳輸線上單向波的相位變化值[19]。</p><p>　　相速度定義為傳輸線上單向波的等相位面行進(jìn)的速度。相速度只與傳輸線的填充介質(zhì)有

36、關(guān)，當(dāng)填充介質(zhì)為空氣時(shí)相速度就等于光速，當(dāng)為其他時(shí)，相速度要小于真空中的光速[19]。</p><p>　　傳輸常數(shù)從能量觀點(diǎn)來分析傳輸線對(duì)信號(hào)的傳輸效果。用來描述單位長度傳輸線上入射波和反射波的衰減以及相位變化參數(shù)[20]。</p><p><b>　　傳輸線波動(dòng)方程概述</b></p><p>　　傳輸線是導(dǎo)行系統(tǒng)，用來約束和引導(dǎo)電磁波能量

37、傳輸，一般有平行雙導(dǎo)線，同軸線，金屬波導(dǎo)，介質(zhì)波導(dǎo)等。TEM傳輸線，以平行雙線為例，建立長線坐標(biāo)系[21]。</p><p>　　圖2.1 傳輸線等效電路 </p><p>　　Z軸方向從長線的終端指向始端，終端（z=0處）接負(fù)載ZL，始端接微波信號(hào)源（工作角頻率是ω），即從負(fù)載處指向信號(hào)源。 </p><p>　　傳輸線的波動(dòng)方程為[23]：</p>

38、;<p><b>　　(2.1)</b></p><p><b>　　(2.2)</b></p><p>　　其中，(相移常數(shù)) </p><p>　　對(duì)方程（2.1）和（2.2）進(jìn)行求解。首先對(duì)于方程（2.1），可以看到，該方程屬于常系數(shù)齊次線性微分方程,對(duì)應(yīng)的特征方程有兩個(gè)反向的虛數(shù)根jβ與-jβ,因此

39、得到電壓、電流通解并通過歐拉公式轉(zhuǎn)化到時(shí)域，就得到下列傳輸線電壓，電流方程通解的時(shí)域形式：</p><p>　　u(z,t)=(2.3)</p><p>　　i(z,t)=(2.4)</p><p>　　從 （2.3），（2.4）兩個(gè)式子可以明顯看出，電壓電流方程的解均由兩部分組成，且由特性阻抗Z0聯(lián)系起來。前一部分分別是入射電壓波和入射電流波，即從等效圖中看，

40、就是從電源傳向負(fù)載。它的橫坐標(biāo)是逐漸變小的；后一部分分別是反射電壓波和反射電流波，從負(fù)載傳向電源。 </p><p>　　接下來可以用端接負(fù)載條件求出待定系數(shù)。一般情況下，給出的是負(fù)載處(即z=0)的電壓UL的值和電流IL的值所以只要用端接條件求出上面通解中的系數(shù)：</p><p>　　A =(UL+ILZ0)/2 (2.5)</p><p>　　B =(U

41、L-ILZ0)/2 (2.6)</p><p>　　傳輸線在任何地方的電壓、電流方程為[2]：</p><p><b>　　(2.7)</b></p><p><b>　　(2.8) </b></p><p>　　其中，傳播常數(shù),與分布參數(shù)和工作頻率有關(guān)。</p><p>

42、;　　均勻無耗和有耗傳輸線方程的解都已經(jīng)求解出來，無耗均勻傳輸線方程的電壓，電流解表達(dá)為[19]：</p><p><b>　?。?.9）</b></p><p><b>　?。?.10）</b></p><p>　　有耗均勻傳輸線方程的電壓、電流解表達(dá)為：</p><p><b>　?。?/p>

43、2.11）</b></p><p><b>　?。?.12）</b></p><p>　　上面?zhèn)鬏斁€方程解的表達(dá)式表明，傳輸線的電壓電流具有波的形式，且由兩列波疊加，呈行駐波混合分布。所以傳輸線上傳送的是合成波。這一點(diǎn)提示了，在用戶界面設(shè)計(jì)中，用同一個(gè)坐標(biāo)軸顯示入射波和反射波情況，用另一個(gè)坐標(biāo)軸顯示合成波的傳播狀態(tài)，理論上講，隨著入射波和反射波的不斷變化，

44、合成波也是不斷相應(yīng)地調(diào)整變化的。這在代碼編程中，就要考慮在同一坐標(biāo)軸上，如何控制反射波的傳導(dǎo)時(shí)間和空間。在這里，用了一個(gè)t變量，通過檢測(cè)坐標(biāo)z的大小，就達(dá)到了效果。如下面框圖所示：</p><p><b>　　具體代碼編寫如下：</b></p><p><b>　　n=100; </b></p><p>　　for i=

45、1:n;</p><p><b>　　t=0.08*i;</b></p><p>　　z=0.1*(50-(0:0.1:i)); 因?yàn)槿肷洳ㄊ菑淖鴺?biāo)軸右側(cè)向坐標(biāo)原點(diǎn)傳播，所以這一句，用來控制表示入射波。</p><p>　　z=0.1*((50:0.1:i)-50); （i>=50）反射波是從坐標(biāo)原點(diǎn)向右傳播的，那么這一句編碼就可以用來

46、控制表示反射波。</p><p><b>　　傳輸線工作參量</b></p><p>　　傳輸線的工作參量用來定量描述傳輸線的反射情況。所用的表示參量包括：輸入阻抗、反射系數(shù)和駐波比。</p><p>　　輸入阻抗就是傳輸線上合成波的電壓與電流之比，可以這樣來理解輸入阻抗的意義，傳輸線上終端接負(fù)載ZL 后，始端所反映的阻抗。即，長度是z的傳輸線

47、段與終端負(fù)載組成的傳輸線電路的等效阻抗。并且隨空間位置z的變化，輸入阻抗表現(xiàn)出了周期性和倒置性[23]。 </p><p>　　前面已經(jīng)提到，傳輸線上任意一點(diǎn)的波是由入射波和反射波相疊加的。波的反射是傳輸線最基本的物理現(xiàn)象，而傳輸線的工作狀態(tài)業(yè)主要取決于反射情況。一般分析電路時(shí)，采用的是終端負(fù)載反射系數(shù)來表達(dá)整個(gè)電路的反射情況。反射系數(shù)是指?jìng)鬏斁€上某點(diǎn)的反射波與入射波之比。反射系數(shù)一般情形下是一個(gè)復(fù)數(shù)。 <

48、;/p><p>　　傳輸線上有入射波和反射波，兩者相互疊加形成駐波。入射波、反射波同相疊加必然是最大的，反相疊加必然得到最小。傳輸線上電壓振幅最大值和電壓振幅最小值之比稱為電壓駐波系數(shù)；電流的振幅最大值與電流的振幅最小值之比稱作電流駐波比，它們?cè)跀?shù)值上是相等的。 一般僅用電壓駐波系數(shù)，用表示[24]。均勻無耗傳輸線上的駐波系數(shù)取決于終端連接負(fù)載，與空間位置z無關(guān)。</p><p><b&

49、gt;　　傳輸線工作狀態(tài)分析</b></p><p>　　對(duì)于傳輸線而言（為方便起見，重點(diǎn)研究無耗或者小損耗傳輸線），終端所接的負(fù)載阻抗不同，線上的反射情況就表現(xiàn)出很大的不同，電壓電流的分布情況也不一樣，主要用來描述電信傳輸效率。有三種不同的工作狀態(tài)，分別是無反射的行波狀態(tài)，全反射的純駐波狀態(tài)和部分反射的行駐波狀態(tài)。</p><p><b>　?。?）行波狀態(tài)<

50、/b></p><p>　　當(dāng)負(fù)載阻抗等于傳輸線的特性阻抗，即時(shí)，從信號(hào)源傳向負(fù)載的信號(hào)被完全吸收，也就是說，此時(shí)的傳輸線上只有入射波，沒有反射波。在具體的仿真中，應(yīng)該表現(xiàn)為反射波與空間橫軸重合，振幅為零。行波狀態(tài)是一種匹配狀態(tài)，輸入阻抗等于負(fù)載阻抗，也等于特性阻抗；反射系數(shù)等于零；駐波比是1。行波狀態(tài)的特點(diǎn)是[25]：</p><p>　?、匐妷骸㈦娏餮鼐€的振幅不變。</p&

51、gt;<p>　?、陔妷?、電流各點(diǎn)均同相，電壓或電流的相位隨z減小而滯后，線上是從波源到負(fù)載的單向行波，合成波就是入射波。</p><p>　　③因?yàn)闆]有反射波，反射功率為零，入射功率被負(fù)載完全吸收，所以傳輸能量時(shí)所希望的就是行波狀態(tài)。</p><p><b>　　（2）駐波狀態(tài)</b></p><p>　　當(dāng)信號(hào)源通過傳輸線傳向

52、負(fù)載的入射波在終端負(fù)載處發(fā)生了全反射（即反射系數(shù)等于1），反射波和入射波的幅度相等，入射波與反射波疊加形成駐波。形成駐波的條件是：終端處短路，開路，或者接純阻抗負(fù)載。純駐波的特點(diǎn)：</p><p>　　①電壓、電流振幅隨傳輸線的位置變化而變化。振幅最大值稱為波腹，最小值稱為波節(jié)。駐波的波腹是入射波振幅的2倍，波節(jié)是零。</p><p>　?、陔妷?、電流隨傳輸線的位置變化而變化，但不是均勻變

53、化。相鄰節(jié)點(diǎn)之間各點(diǎn)的電壓（或者電流)相位相同，節(jié)點(diǎn)兩邊的點(diǎn)的相位相反。</p><p>　?、蹅鬏斁€上同一位置z處電壓與電流的相位差/2。電壓沿線是正弦變化，電流則是余弦變化。表現(xiàn)在仿真圖上就是，電壓波腹點(diǎn)對(duì)應(yīng)著電流波節(jié)點(diǎn)，電壓達(dá)最大時(shí)，電流為0或者相反。所以在能量方面，駐波只有能量的存儲(chǔ)而沒有能量的傳輸。</p><p>　?。?）行駐波是有部分反射的情況，傳輸線終端為一般負(fù)載，負(fù)載阻

54、抗不等于特性阻抗，反射波的振幅小于入射波的振幅，傳輸線上既有行波又有駐波，稱為行駐波。波節(jié)不為零，波腹也不等于終端入射波振幅的兩倍[2]。</p><p>　　由上述的分析知道，有耗線和無耗線在基本特性方面是一樣的，傳輸線上的電壓和電流都是入射波和反射波在一起的疊加，而有耗線的入射波和反射波的幅度都要沿著各自的傳播方向呈指數(shù)衰減。</p><p>　　通過對(duì)上述理論知識(shí)的探究學(xué)習(xí)，對(duì)所研究

55、的方向，需要做的內(nèi)容有了清晰明確的認(rèn)識(shí)，更重要的是對(duì)理論知識(shí)的把握，使得后續(xù)的編程有條不紊，框架清晰。 </p><p>　　MATLAB軟件簡介</p><p><b>　　軟件總述</b></p><p>　　MATLAB是matrix和laboratory前三個(gè)字母的縮寫，意思是實(shí)驗(yàn)室矩陣。MATLAB語言是一種廣泛應(yīng)用于工程計(jì)算機(jī)數(shù)值分

56、析領(lǐng)域的新型高級(jí)語言[22]。自1984年由美國Mathworks公司推向市場(chǎng)以來，經(jīng)過十多年的發(fā)展與完善，MATLAB已發(fā)展成為由MATLAB語言、MATLAB工作環(huán)境、MATLAB圖像處理系統(tǒng)、MATLAB數(shù)學(xué)函數(shù)庫和MATLAB應(yīng)用程序接口五大部分組成的集數(shù)值計(jì)算、圖形處理、程序開發(fā)為一體的功能強(qiáng)大的體系。被譽(yù)為第四代計(jì)算機(jī)語言，是當(dāng)今國際上最具影響力、最具活力的軟件開發(fā)工具包，被譽(yù)為“巨人肩上的工具”[23]。</p>

57、;<p>　　它提供了強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算功能、靈活的程序設(shè)計(jì)流程、高質(zhì)量的圖形生成功能及模擬、便捷的與其他程序和語言接口的功能。MATLAB在工程技術(shù)界也被用來解決一些實(shí)際問題（比如數(shù)學(xué)模型問題）[24]。本次課程設(shè)計(jì)主要運(yùn)用了該軟件強(qiáng)大的編程、計(jì)算和繪圖功能，以及便捷明了的圖形用戶界面設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　圖形用戶界面</b></p><p>

58、;　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和圖形化操作系統(tǒng)的普及，應(yīng)用程序的外觀發(fā)生了巨大變化。圖形用戶界面由窗口、按鍵、菜單、文字說明等對(duì)象構(gòu)成的一個(gè)用戶界面。圖形用戶界面的應(yīng)用程序，界面友好直觀易操作，用戶可以更方便快捷地對(duì)復(fù)雜的程序進(jìn)行運(yùn)行，就像我們的手機(jī)桌面一樣。MATLAB作為功能強(qiáng)大的軟件開發(fā)工具，提供了豐富的圖形用戶界面設(shè)計(jì)功能，用戶利用MATLAB提供的圖形用戶界面設(shè)計(jì)程序，完成應(yīng)用程序的開發(fā)。</p><p&g

59、t;　　使用用戶界面可以方便地創(chuàng)建GUI應(yīng)用程序，根據(jù)用戶設(shè)計(jì)的GUI布局，自動(dòng)生成一個(gè)M文件的框架，用戶使用這一框架編制自己的應(yīng)用程序，M文件有效地管理對(duì)象句柄、執(zhí)行調(diào)用函數(shù)等工作，一方面管理全局變量，另一方面為調(diào)用函數(shù)自動(dòng)添加子函數(shù)。布局編輯器，集合排列工具，屬性編輯器等這些工具，大大減少了程序開發(fā)的代碼量，使用靈活方便。</p><p>　　在MATLAB的命令窗口中輸入GUIDE，確認(rèn)后就打開了一個(gè)布局編

60、輯器窗口，通過選擇左側(cè)控件選項(xiàng)板里的所需控件進(jìn)行布局。同時(shí)自動(dòng)生成并存儲(chǔ)相應(yīng)的M文件[24]。如下圖所示：</p><p>　　圖3.1 圖形用戶界面布局編輯器窗口</p><p>　　按照設(shè)計(jì)仿真需求，并且使布局美觀緊湊，選擇四個(gè)坐標(biāo)軸，分別表示入射波反射波形，合成波形，傳輸線示意圖以及幫助信息提示框。各個(gè)控件，布局如</p><p>　　圖3.2 傳輸

61、線仿真用戶界面整體布局 </p><p>　　本次設(shè)計(jì)運(yùn)用MATLAB編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸線方程解的仿真，同時(shí)觀察驗(yàn)證無耗和有耗傳輸線的電壓、電流在三種不同工作狀態(tài)的特性。在代碼編寫方面，理論上來講，思路嚴(yán)謹(jǐn)暢通，將第二章理論推得的解的表達(dá)式正確寫入，MATLAB就能自動(dòng)對(duì)其進(jìn)行分析，在布局

62、窗口指定控件繪圖得到仿真結(jié)果。</p><p><b>　　解決方案</b></p><p><b>　　具體實(shí)施方案概述</b></p><p>　　首先根據(jù)設(shè)計(jì)思路，打好框架，盡可能完整地展示出要仿真得到的傳輸線特性,合理安排用戶界面布局，在布局窗體上創(chuàng)建各種組件（比如按鈕，靜態(tài)文本框，彈出式菜單等）使得功能全面美觀，

63、簡潔緊湊；傳輸線有無耗和有耗兩類；傳輸特性有電壓和電流兩類；需要觀察的波形有入射波，反射波情況；入射波與反射波的疊加，即合成波情況；操作提示對(duì)話框（即幫助文本）；理論提示對(duì)比文本框；傳輸線本身示意圖等。其中的單選按鈕，運(yùn)行控件按鈕等都需要回調(diào)響應(yīng)函數(shù)。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)運(yùn)用到了MATLAB程序設(shè)計(jì)、MATLAB繪圖、MATLAB圖形句柄、MATLAB圖形用戶界面設(shè)計(jì)。使用圖形用戶界面的應(yīng)用程序，用

64、戶可以很方便的通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊選擇與程序進(jìn)行信息的交換，控制程序的運(yùn)行。圖形用戶界面的設(shè)計(jì)確定了應(yīng)用程序的主要框架和基本功能，完成窗口、圖標(biāo)、菜單、按鈕等用戶界面，只需要在自動(dòng)生成的程序代碼中添加控制代碼，就可以完成整個(gè)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)了。用到的控件有：</p><p>　　Push Button：分別命名為“start”，“stop”，“info”“，return”。用來觸發(fā)主程序繪圖仿真。</p>&

65、lt;p>　　Radio Button：單選按鈕，用來選擇傳輸線類型和特性類型。并且通過編程使其具有互斥性。</p><p>　　Axes：坐標(biāo)軸控件，用來繪圖電壓波或者電流波和顯示圖片。坐標(biāo)軸大小通過編程改變。</p><p>　　Text：文本編輯。用來做提示幫助對(duì)話框。</p><p>　　圖形用戶界面開發(fā)環(huán)境（GUIDE）提供了一組用于圖形用戶界面開發(fā)

66、的工具，包括：</p><p>　　布局編輯器 ：在圖形窗口中創(chuàng)建及布置圖形對(duì)象。</p><p>　　幾何排列工具：調(diào)整各對(duì)象之間的相互幾何關(guān)系和位置。</p><p>　　屬性編輯器：查詢并設(shè)置對(duì)象的屬性。</p><p>　　對(duì)象瀏覽器：獲得當(dāng)前MATLAB窗口中圖形對(duì)象句柄的分級(jí)排列。</p><p>　　菜

67、單編輯器：建立和編輯主菜單和圖形對(duì)象的鼠標(biāo)右鍵菜單。</p><p>　　參考相關(guān)指導(dǎo)書，查閱學(xué)習(xí)各句柄和控件的屬性和用法，按照預(yù)設(shè)的框架思路，一步一步完成了圖形用戶界面的設(shè)計(jì)?？丶粹o的屬性編輯器大大減少了程序代碼量，通過設(shè)置就能方便地實(shí)現(xiàn)，而且易于修改。而操作信息提示窗口（info）和理論指導(dǎo)窗口（return），因?yàn)檎w布局有限，所以另設(shè)了窗口，其實(shí)質(zhì)是編輯一個(gè)空白的用戶界面（BLANK GUIDE）只要在

68、窗口中添加文本編輯區(qū)，通過調(diào)用就能顯示了。下面是運(yùn)行的一個(gè)整體結(jié)果：</p><p>　　圖4.1 運(yùn)行用戶界面程序的結(jié)果 </p><p>　　可以從上圖看出，左側(cè)圖一分別以兩種顏色區(qū)別顯示了入射波和反射波，左側(cè)圖二是入射波與反射波的疊加，即合成波形。右側(cè)圖一是傳輸線示意圖，右側(cè)圖二是幫助信息提示框，因?yàn)椴季钟邢?，另設(shè)了窗口顯示。右側(cè)一列是各個(gè)選擇控件按鈕布局。</p>

69、<p>　　單選按鈕的互斥性利用了屬性中的“value”，通過獲取“value”值，就可以達(dá)到二者選其一的目的。以傳輸線“無耗”和“有耗”的設(shè)計(jì)編碼為例：</p><p>　　h1=get(radio1,'value');</p><p>　　h2=get(radio2,'value');</p><p>　　if h1

70、==1; 'string',' 有耗',...</p><p>　　'value',0,...</p><p>　　elseif h1==0; 'string',' 有耗',...</p><p>　　'value',1,..</p>

71、<p>　　可以看到，用戶在界面選擇后，當(dāng)程序獲得“無耗”的value值為1，“有耗”為0；當(dāng)獲得“無耗”的value值為0時(shí)，“有耗”為1。以同樣的編碼方式對(duì)“電壓”、“電流”的特性也是二選一，做到了選擇的互斥性。使運(yùn)行代碼更加精準(zhǔn)。</p><p><b>　　程序設(shè)計(jì)框圖：</b></p><p>　　運(yùn)行用戶程序打開主界面后，首先點(diǎn)擊單選按鈕框選擇傳

72、輸線類型，再選擇要仿真的傳輸線特性類型，點(diǎn)擊“start”鍵，就能看到入射波和反射波，合成波的傳輸情況，“stop”鍵用來隨時(shí)暫停，打斷正在運(yùn)行的波的仿真?zhèn)鬏斞菔境绦颉＞唧w設(shè)計(jì)框圖如下：</p><p>　　圖4.1 整體設(shè)計(jì)框圖</p><p><b>　　各子程序及其功能</b></p><p>　　本次用戶界面的設(shè)計(jì)布局，共有四個(gè)單選按鈕

73、，即“有耗”、“無耗”、“電壓”、“電流”。</p><p>　　四個(gè)控件按鈕（push button）。包括：“start”、“stop”、“info”、“return”.其中“stop”鍵，用來隨時(shí)停止“start”回調(diào)函數(shù)的運(yùn)行。當(dāng)然，“stop”鍵的代碼編寫，要與“start”鍵的回調(diào)函數(shù)有對(duì)應(yīng)。例如“start”鍵的初始運(yùn)行要求是：</p><p>　　set(push1,

74、9;enable','off');</p><p>　　set(push4,'enable','off');</p><p>　　set(push2,'enable','on');</p><p>　　.......................................

75、.........</p><p>　　stopdata= get(gcf,'userdata');</p><p>　　if stopdata==-1;</p><p><b>　　break;</b></p><p>　　只有滿足這些要求，回調(diào)函數(shù)才能運(yùn)行。</p><p>　

76、　對(duì)應(yīng)的，“stop”鍵的代碼用來不滿足上述狀態(tài)，就容易編寫：</p><p>　　set(gcf,'userdata',-1);</p><p>　　set(push1, 'enable','on');</p><p>　　set(push4,'enable','on');</p

77、><p>　　set(push2,'enable','off'); </p><p>　　其中，經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，考慮到“start”鍵要優(yōu)先運(yùn)行，因此在圖形用戶界面設(shè)計(jì)時(shí)，“stop”鍵的初始使能進(jìn)行了設(shè)置： </p><p>　　'String','stop',... </p>

78、<p>　　'enable','off',... %初始使能設(shè)置</p><p>　　'Interruptible','on', ...</p><p>　　'callback',[...</p><p>　　'wb4_02']...</p

79、><p>　　所以用戶界面的“stop”按鈕初始狀態(tài)不能操作，當(dāng)“start”按鈕開始運(yùn)行時(shí)，“stop”鍵自動(dòng)回復(fù)。 </p><p><b>　　主程序設(shè)計(jì)：</b></p><p>　　主程序就是要通過響應(yīng)各個(gè)控件回調(diào)函數(shù)，并對(duì)相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行不用設(shè)置，實(shí)現(xiàn)傳輸線相應(yīng)特性的演示。該控

80、件命名為“start”。部分關(guān)鍵屬性如下代碼：</p><p>　　push1=uicontrol(gcf,... 'Style','pushbutton',...</p><p>　　'String','start',... </p><p>　　'Inte

81、rruptible','on', ...</p><p>　　'callback',[...</p><p>　　'wb4_01']...);</p><p>　　上面代碼展示了控件屬性的一部分，通過其屬性編輯器就能方便進(jìn)行設(shè)置。</p><p>　　類似的還有“stop”，“info”

82、，“return”控件。把傳輸線類型“有耗”，“無耗”和要觀察的特性對(duì)象“電壓”，“電流”用單選按鈕來控制。兩兩只能同時(shí)選其一，以傳輸線類型為例，控制選擇編程如下：</p><p>　　h1=get(radio1,'value');</p><p>　　h2=get(radio2,'value');</p><p>　　這兩句獲得用戶

83、對(duì)傳輸線類型的選擇，h1,h2分別對(duì)應(yīng)“無耗”和“有耗”，被選擇的value值為1，并且只能選其一：</p><p><b>　　if h1==1;</b></p><p>　　'string',' 有 耗',... 'value',0,..</p><p>　　elseif h1==0

84、</p><p>　　'string',' 有 耗',... 'value',1,...</p><p>　　電壓和電流的編碼方法與上面類似，不再贅述。 </p><p>　　MATLAB編程與人進(jìn)行科學(xué)計(jì)算的思路和表達(dá)方式完全一致，所以只要將上面第二章推得的傳輸線的解，即電壓，電流的表達(dá)

85、式直接以代碼方式寫入，就能得到相應(yīng)波形，這一點(diǎn)給本次程序編程帶來了很大便捷。本次對(duì)傳輸線特性的仿真，要改變負(fù)載阻抗以觀察入射波反射波形的特性，只需要改變負(fù)載電壓或者負(fù)載電流，對(duì)必要參數(shù)進(jìn)行設(shè)置即可。主程序設(shè)計(jì)流程框圖：</p><p>　　圖4.3 主程序設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　圖4.4 無耗均勻傳輸線特性整體顯示</p><p>　　下面對(duì)應(yīng)無耗均勻傳輸

86、線的電壓特性代碼進(jìn)行仿真結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證：</p><p><b>　　Z0=1.2;</b></p><p>　　beta=2*pi;</p><p><b>　　phi1=0;</b></p><p><b>　　phi2=0;</b></p><p>

87、<b>　　UL=1.2;</b></p><p><b>　　IL=1;</b></p><p>　　A=(UL+IL*Z0)/2;</p><p>　　B=(UL-IL*Z0)/2; </p><p><b>　　以上是對(duì)參數(shù)的設(shè)置</b></p>&

88、lt;p>　　Ui=abs(A)*cos(omega*t+2*pi*z+phi1); %入射波表達(dá)式 </p><p>　　Uo= abs(B)*cos(omega*pi*t-2*pi*z+phi2); %反射波表達(dá)式 </p><p>　　subplot('position',box2Pos);</p><p>　　legend

89、('入射電壓','反射電壓',4); %對(duì)波形進(jìn)行注釋，并放置在圖形右下角。 u=abs(A)*cos(omega*t+beta*z+phi1)+abs(B)*cos(omega*t-beta*z+phi2); </p><p>　　plot(z,u); %合成波</

90、p><p><b>　　仿真結(jié)果：</b></p><p>　　圖4.4 無耗均勻傳輸線電壓入射波和反射波特性</p><p>　　由圖4.4可以看出，入射波振幅沿線不變，相位恒定，反射波為零，即沒有反射。和理論吻合。</p><p>　　入射波和反射波疊加而成的合成波：</p><p>　　圖4.

91、5 無耗均勻傳輸線電壓行波傳輸特性</p><p>　　觀察圖4.4和圖4.5可以得出，合成波與入射波振幅和相位均一致，在反射波為零的情況下，反射功率為零，入射功率完全被負(fù)載吸收。傳輸線上的合成波實(shí)際上就是行波狀態(tài)。</p><p>　　設(shè)置負(fù)載阻抗為零，運(yùn)行程序就得到無耗均勻傳輸線駐波仿真結(jié)果：</p><p>　　圖4.6 無耗均勻傳輸線駐波狀態(tài)的入射波和反射

92、波</p><p>　　圖4.7 無耗傳輸線電壓駐波特性</p><p>　　觀察分析圖4.6和圖4.7，電壓波出現(xiàn)了全反射。因?yàn)閭鞑r(shí)波隨時(shí)間和空間z變化，可以看出：</p><p>　　電壓、電流振幅隨著傳輸線的位置變化而變化，但不是均勻變化。</p><p>　　反射電壓振幅等于入射波電壓振幅。駐波振幅最大值是波腹，最小值是波節(jié)。駐波波

93、腹為入射波振幅的2倍，波節(jié)為零。</p><p>　　電壓振幅按正弦函數(shù)的模值分布，節(jié)點(diǎn)和腹點(diǎn)以1/4波長為間距交替出現(xiàn)。電流振幅按余弦函數(shù)的模值分布，節(jié)點(diǎn)和腹點(diǎn)以1/4波長為間距交替出現(xiàn)。而且，在駐波狀態(tài)下，傳輸線不能傳輸功率。</p><p>　　行駐波仿真結(jié)果分析：</p><p>　　將負(fù)載阻抗進(jìn)行設(shè)置，最簡潔的設(shè)置方法就是使得負(fù)載阻抗不等于特性阻抗。電壓波

94、運(yùn)行結(jié)果：</p><p>　　圖4.8 無耗均勻傳輸線行駐波狀態(tài)</p><p>　　觀察分析仿真圖4.8，行駐波只是部分反射，反射波幅度小與入射波幅度。合成波依然是入射波與反射波的疊加，波節(jié)不為零，波腹也不等于終端入射波振幅的2倍，這從波峰在縱坐標(biāo)的大小就能讀出。</p><p>　　對(duì)無耗均勻傳輸線的電流行波特性仿真，最簡潔的方法是設(shè)置負(fù)載阻抗與特性阻抗相等

95、。關(guān)鍵代碼如下，并進(jìn)行仿真分析：</p><p>　　Z0=1.2; %特性阻抗</p><p>　　beta=2*pi; %相位常數(shù)設(shè)置</p><p><b>　　phi1=0;</b></p><p><b>　　phi2=0;</b></p><p><

96、;b>　　UL=1.2;</b></p><p><b>　　IL=1;</b></p><p>　　Ii=abs(A)/Z0*cos(omega*t+2*pi*z+phi1); %入射電流</p><p>　　Io= -abs(B)/Z0*cos(omega*t-2*pi*z+phi2); %反射電流</p&g

97、t;<p>　　Iz=abs(A)/Z0*cos(omega*t+beta*z+phi1)-abs(B)/Z0*cos(omega*t-beta*z+phi2; </p><p>　　plot(z,Iz); %合成電流波</p><p>　　legend('入射電流','反射電流',4);</p><p>

98、;<b>　　仿真結(jié)果：</b></p><p>　　圖 4.8 無耗均勻傳輸線電流行波狀態(tài)</p><p>　　從圖4.8可以看出，反射波為零，合成波就等與入射波。能量被負(fù)載全部吸收。</p><p>　　對(duì)于無耗均勻傳輸線的電流駐波特性，最簡潔的方式是設(shè)置負(fù)載阻抗等于零。進(jìn)行仿真分析：</p><p>　　圖4.9

99、無耗均勻傳輸線電流駐波狀態(tài)</p><p>　　從圖4.9可以看出，入射波與反射波完全反相，疊加后合成波最小，幾乎為零。這是瞬間暫停正在不斷變化的波形截獲的，與理論吻合得很好。</p><p>　　同樣地，對(duì)電流傳輸參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，得到無耗傳輸線電流波的行駐波狀態(tài)。</p><p><b>　　仿真結(jié)果如下圖：</b></p>&l

100、t;p>　　圖4.10 無耗均勻傳輸線行駐波狀態(tài)</p><p>　　有耗傳輸線的特性仿真：</p><p>　　有耗均勻傳輸線的損耗來自于導(dǎo)體損耗，介質(zhì)損耗以及輻射損耗，分布電阻和分布電導(dǎo)都不為零。要對(duì)四個(gè)分布參數(shù)的值分別合理設(shè)置，相當(dāng)于對(duì)特性阻抗進(jìn)行設(shè)置。通過設(shè)置負(fù)載電壓和負(fù)載電流的值來改變負(fù)載阻抗。設(shè)計(jì)思路基本流程與無耗傳輸線相似。進(jìn)入用戶界面，首先選擇傳輸線類型為“有耗”，合

101、理改變參數(shù)值，按開始鍵開始仿真。下面是程序流程框圖：</p><p>　　圖4.11 有耗線程序框圖</p><p>　　下面是完整運(yùn)行顯示：</p><p>　　圖4.12 均勻后耗傳輸線完整程序仿真</p><p>　　以電壓波為例，對(duì)運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行比較說明。下面是主要代碼：</p><p>　　UL=0.001;

102、 %終端電壓</p><p>　　IL=3; %終端電流</p><p>　　L1=2.5*10^(1); %分布電感</p><p>　　C1=10^(

103、1); %分布電容</p><p>　　G1=50*10^(-2); %分布電導(dǎo) </p><p>　　R1=1; %分布電阻</p><p>　　

104、omega=0.2*pi;</p><p>　　gamma=sqrt(((R1+j*omega*L1)*(G1+j*omega*C1))); %傳播常數(shù)</p><p>　　Z0=sqrt((R1+j*omega*L1)/(G1+j*omega*C1)); % 特性阻抗</p><p>　　Ui=0.5*real((UL+IL*Z0)/2.*exp(g

105、amma.*z+j*omega.*t)); %入射波</p><p>　　Uo=5*real((UL-IL*Z0)/2.*exp(-gamma.*z+j*omega*t)); %反射電壓</p><p>　　legend('入射電壓','反射電壓',4);</p><p>　　Uz=real(0.5*(UL+IL*Z0)/2.*

106、exp(gamma.*z+j*omega*t)</p><p>　　+5*(UL-IL*Z0)/2.*exp(-gamma.*z+j*omega*t)); %合成電壓 </p><p>　　運(yùn)行完整代碼，得到有耗傳輸線的入射波和反射波：</p><p>　　圖4.13 有耗傳輸線入射與反射波特性</p><p>　　觀察圖4.1

107、3，可以看出，有耗線并不像無耗線，它的入射波和反射波都在隨著傳播的進(jìn)行而呈現(xiàn)指數(shù)衰減。兩者疊加得到部分反射且衰減的合成波形：</p><p>　　圖4.14 有耗傳輸線電壓行駐波特性</p><p>　　合成波隨入射波和反射波的變化而變化，表現(xiàn)為行駐波的狀態(tài)。</p><p>　　類似地，對(duì)均勻有耗傳輸線的電流特性進(jìn)行仿真，運(yùn)行下列關(guān)鍵代碼：</p>

108、;<p><b>　　UL=0.001;</b></p><p><b>　　IL=3;</b></p><p>　　L1=2.5*10^(1);</p><p>　　C1=10^(1);</p><p>　　G1=50*10^(-2);</p><p><

109、;b>　　R1=1;</b></p><p>　　omega=0.2*pi;</p><p>　　gamma=sqrt(((R1+j*omega*L1)*(G1+j*omega*C1)));</p><p>　　Z0=sqrt((R1+j*omega*L1)/(G1+j*omega*C1));</p><p>　　Ii=re

110、al((UL+IL*Z0)/(2*Z0).*exp(gamma.*z+j*omega.*t));%入射電流波</p><p>　　Io= - 20*real((UL-IL*Z0)/(2*Z0).*exp(-gamma.*z+j*omega*t)); </p><p>　　Iz=real((UL+IL*Z0)/(2*Z0).*exp(gamma.*z+j*omega*t)</p>

111、<p>　　-20*(UL-IL*Z0)/(2*Z0).*exp(-gamma.*z+j*omega*t)); %合成波是入射 波和反射波的疊加 </p><p>　　入射電流波和反射電流波以及合成波的波形： </p><p>　　圖4.15 均勻有耗傳輸線的入射和反射電流</p><p>　　圖4.16 均勻有耗傳輸線行駐波特性</p

112、><p>　　與電壓特性相似，有耗均勻傳輸線的電流行駐波，也是呈現(xiàn)指數(shù)衰減，且合成波隨入射波和反射波的不斷變化而自行調(diào)整。</p><p>　　通過以上對(duì)均勻無耗，有耗傳輸線的電壓、電流在行波，駐波，行駐波三種工作狀態(tài)的特性運(yùn)行結(jié)果，分析表明，與理論符合得很好，基本達(dá)到了研究目的，完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。但不足的是，因?yàn)榭紤]不周全和時(shí)間的倉促，沒有把電壓和電流落在同一個(gè)坐標(biāo)軸，不便于觀察驗(yàn)證電壓和電流

113、的相位和周期問題。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)從選題，搜集資料，外文翻譯，文獻(xiàn)總述，開題報(bào)告，再到具體實(shí)施，成果驗(yàn)收，論文撰寫，這一過程鍛煉了搜集資料并提取有用信息進(jìn)行運(yùn)用，以及獨(dú)立思考解決問題的能力。同時(shí)結(jié)合MATLAB軟件的應(yīng)用，加深了對(duì)微波傳輸線的相關(guān)特性的理解，拓展了對(duì)軟件功能的學(xué)習(xí)。</p>&l

114、t;p>　　本文首先對(duì)傳輸線的研究背景和現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹。然后對(duì)傳輸線的理論，包括傳輸線按照發(fā)展的分類，用微波等效電路建立傳輸線方程[28]，詳細(xì)對(duì)方程的解進(jìn)行了復(fù)習(xí)和鞏固。對(duì)MATLAB軟件簡單地進(jìn)行了介紹。上述理論的充分準(zhǔn)備，使得后續(xù)的傳輸線代碼編寫以及調(diào)試仿真有了很好的理論指導(dǎo)。</p><p>　　本論文研究分析了均勻傳輸線的方程的解及其相應(yīng)的工作狀態(tài)，分別對(duì)均勻傳輸線的三種工作狀態(tài)進(jìn)行了仿真，并與理

115、論進(jìn)行對(duì)比分析。仿真結(jié)果與理論推導(dǎo)吻合。這樣就把傳輸線的特性從理論的文字變成了動(dòng)態(tài)的波形顯示，使理解更直觀易懂。即：傳輸線上的波由入射波和反射波疊加，傳輸線依據(jù)負(fù)載阻抗的不同，有行波，駐波，行駐波三種工作狀態(tài)[29]，對(duì)應(yīng)的，行波無反射，能量全部被終端吸收；駐波全反射，不能傳輸能量，而只能存儲(chǔ)能量；行駐波部分反射，反射波振幅小于入射波振幅。最后結(jié)合傳輸線理論和MATLAB軟件技術(shù)開發(fā)出了傳輸線特性的動(dòng)態(tài)演示解決方案。雖然已經(jīng)完成了預(yù)期目

116、標(biāo)，但由于個(gè)人能力和技術(shù)水平有限以及因工作缺乏大量時(shí)間的投入，本論文只探討了前面所述的問題，并未能涉及傳輸線應(yīng)用技術(shù)的每個(gè)領(lǐng)域，在很多方面都有待改進(jìn)和提高。</p><p>　　科技進(jìn)步日新月異，隨著人類活動(dòng)的廣泛深化復(fù)雜，對(duì)微波的應(yīng)用會(huì)越來越多，微波能在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、生物、醫(yī)學(xué)，甚至我們身邊的家用微波爐，將會(huì)越來越給人類的生產(chǎn)生活帶來便捷和驚喜[30]。而作為導(dǎo)行微波的傳輸線，當(dāng)然也需要做不斷的改進(jìn)，在新的