第十六章?均勻傳輸線

18-1 分布參數(shù)電路

1.?傳輸線的分布參數(shù)模型

(1)?每一種集總參數(shù)元件被假設(shè)集中由一種電磁現(xiàn)象所表征，但在某些實(shí)際電路中發(fā)生的電磁現(xiàn)象往往是帶有分布性的，必須在一定條件下才能建立其集總參數(shù)模型。

(2)?下圖的實(shí)際電路中，導(dǎo)線中的電流是由導(dǎo)線中電場(chǎng)產(chǎn)生的，電流在導(dǎo)線外產(chǎn)生磁場(chǎng)；并且由于兩導(dǎo)線之間的電壓差，導(dǎo)線間也有電場(chǎng)，此電場(chǎng)在導(dǎo)線間產(chǎn)生電容電流和漏電流。這些電場(chǎng)-磁場(chǎng)都是沿線分布，即分散在空間的。

(3)?因?qū)Ь€間的電流導(dǎo)致導(dǎo)線中的電流處處不同，而導(dǎo)線上的電阻、電感壓降也導(dǎo)致線間的電壓處處不同，故不能用一個(gè)集總參數(shù)來概括導(dǎo)線上或?qū)Ь€間的物理過程。

(4)?接近這種物理現(xiàn)象的電路模型，應(yīng)是由無限多個(gè)導(dǎo)線上的電阻、電感以及無限多個(gè)導(dǎo)線間的電導(dǎo)、電容所組成的分布參數(shù)模型，如圖所示。

2.?實(shí)際電路的集總參數(shù)模型

(1)?任何實(shí)際電路都有是否必須采用分布參數(shù)模型的問題。

(2)?實(shí)際電路的集總參數(shù)模型

①　以傳輸線為例，只要沿線流動(dòng)的電流隨空間距離變化很小，即導(dǎo)線間的空間電容電流及電導(dǎo)電流不大時(shí)，就可以用單個(gè)電阻來描述損耗、單個(gè)電感來描述磁場(chǎng)作用。

②　實(shí)際電阻器在直流工作條件下其模型僅為一個(gè)電阻元件，在低頻交流工作條件下其模型則是電阻元件和電感元件的串聯(lián)組合。

③　當(dāng)不計(jì)導(dǎo)線上電阻、電感壓降時(shí)，認(rèn)為導(dǎo)線間所有漏電流、電容電流處于同一個(gè)電壓時(shí)，就可以用單個(gè)電導(dǎo)來描述導(dǎo)線間漏電作用、單個(gè)電容來描述導(dǎo)線間的電容作用。

④　實(shí)際電容器在直流及低頻交流下可不計(jì)在極板上電流的電阻性壓降和電感性壓降，其模型就是一個(gè)電容元件和電導(dǎo)元件的并聯(lián)組合。

3.?使用集總模型的條件

(1)?在直流穩(wěn)態(tài)下，有時(shí)也要用分布參數(shù)模型，比如在研究沿線的電壓、電流變化。

(2)?交流穩(wěn)態(tài)

①　當(dāng)線長(zhǎng)l遠(yuǎn)小于電磁波波長(zhǎng)λ（短線模型）時(shí)，全線的電壓或電流處于同一個(gè)變化狀態(tài)，就可以使用集總參數(shù)模型。

②　當(dāng)線長(zhǎng)l不是遠(yuǎn)小于λ（長(zhǎng)線模型）時(shí)，沿線電壓或電流有明顯的波動(dòng)，各處數(shù)值不一，就不可使用集總參數(shù)模型，而必須采用分布參數(shù)模型。

③　一般的電氣部件、傳輸線都滿足l＜＜λ，可以使用集總參數(shù)模型；但在高頻下，根據(jù)λ=v/f得到的λ比較小，l不能遠(yuǎn)小于λ，此時(shí)應(yīng)使用分布參數(shù)模型。

?④　使用集總模型的條件也可理解為：在電磁作用傳遍全線的時(shí)間內(nèi)，電源值幾乎未發(fā)生變化。

?(3)?傳輸線的等效參數(shù)和結(jié)構(gòu)

①　如果僅關(guān)心長(zhǎng)線電源端以及負(fù)載端的電壓、電流，可將傳輸線部分看做一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，或相應(yīng)地用等值T型、π型電路來替代，但這些二端口的參數(shù)、等值電路應(yīng)由分布參數(shù)模型來求出。

②　雖然等值電路是集總參數(shù)電路，但其中的Z、Y參數(shù)都是在一定的頻率下求得的，并非傳輸線線路參數(shù)的直接歸結(jié)。因此不能誤解為此時(shí)分布參數(shù)模型可以由集總參數(shù)模型來代替。