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时间:2020-08-11
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1、驻波 频率和振幅均相同、振动方向一致、传播方向相反的两列波叠加后形成的波。波在介质中传播时其波形不断向前推进,故称行波;上述两列波叠加后波形并不向前推进,故称驻波。例如,如图所示,一弦线的一端与音叉一臂相连,另一端经支点O并跨过滑轮后与一重物相连。音叉振动后在弦线上产生一自左向右传播的行波,传到支点O后发生反射,弦线中产生一自右向左传播的反射波,当弦长接近1/2波长的整数倍时。两列波叠加后弦线上各点的位移为(设音叉振动规律为u=Acosωt)u(x,t)=2Asin(x)sin(ωt)=A(x)sin(ωt),弦线上每
2、个固定的点均作简谐运动,但不同点的振幅不同,由x值决定。振幅为零的点称为波节,振幅最大处称为波腹。波节两侧的振动相位相反。相邻两波节或波腹间的距离都是半个波长。在行波中能量随波的传播而不断向前传递,其平均能流密度不为零;但驻波的平均能流密度等于零,能量只能在波节与波腹间来回运行。 测量两相邻波节间的距离就可测定波长。各种乐器,包括弦乐器、管乐器和打击乐器,都是由于产生驻波而发声。为得到最强的驻波,弦或管内空气柱的长度L必须等于半波长的整数倍,即,k为整数,λ为波长。因而弦或管中能存在的驻波波长为,相应的振动频率为,υ为
3、波速。k=1时,,称为基频,除基频外,还可存在频率为kn1的倍频。入射波(推进波)与反射波相互干扰而形成的波形不再推进(仅波腹上、下振动,波节不移动)的波浪,称驻波。驻波多发生在海岸陡壁或直立式水工建筑物前面。紧靠陡壁附近的海水面随时间虽作周期性升降,海水呈往复流动,但并不向前传播,水面基本上是水平的,这就是由于受岸壁的限制使入射波与反射波相互干扰而形成的。波面随时间作周期性的升降,每隔半个波长就有一个波面升降幅度为最大的断面,称为波腹;当波面升降的幅度为0时的断面,称为波节。相邻两波节间的水平距离仍为半个波长,因此驻波
4、的波面包含一系列的波腹和波节,腹节相间,波腹处的波面的高低虽有周期性变化,但此断面的水平位置是固定的,波节的位置也是固定的。这与进行波的波峰、波谷沿水平方向移动的现象正好相反,驻波的形状不传播,故名驻波。当波面处于最高和最低位置时,质点的水平速度为零,波面的升降速度也为零;当波面处于水平位置时,流速的绝对值最大,波面的升降也最快,这是驻波运动独有的特性。驻波比 驻波比全称为电压驻波比,又名VSWR和SWR,为英文VoltageStandingWaveRatio的简写。 在入射波和反射波相位相同的地方,电压振幅相加为最
5、大电压振幅Vmax,形成波腹;在入射波和反射波相位相反的地方电压振幅相减为最小电压振幅Vmin,形成波节。其它各点的振幅值则介于波腹与波节之间。这种合成波称为行驻波。驻波比是驻波波腹处的声压幅值Vmax与波节处的声压Vmin幅值之比。在驻波管法中,测得驻波比,就可以求出吸声材料的声反射系数和吸声系数。 在无线电通信中,天线与馈线的阻抗不匹配或天线与发信机的阻抗不匹配,高频能量就会产生反射折回,并与前进的部分干扰汇合发生驻波。为了表征和测量天线系统中的驻波特性,也就是天线中正向波与反射波的情况,人们建立了“驻波比”这一概
6、念, SWR=R/r=(1+K)/(1-K) 反射系数K=(R-r)/(R+r) (K为负值时表明相位相反) 式中R和r分别是输出阻抗和输入阻抗。当两个阻抗数值一样时,即达到完全匹配,反射系数K等于0,驻波比为1。这是一种理想的状况,实际上总存在反射,所以驻波比总是大于1的。 射频系统阻抗匹配。特别要注意使电压驻波比达到一定要求,因为在宽带运用时频率范围很广,驻波比会随着频率而变,应使阻抗在宽范围内尽量匹配。驻波驻波比天线发射阻抗驻波比公式1)驻波比:VSWR=电压最大值/电压最小值=Umax/Umin;2)行
7、波系数:K=电压最小值/电压最大值=Umin/Umax=(入射波振幅-反射波振幅)/(反射波振幅+入射波振幅)3)反射系数:T=反射波振幅/入射波振幅=(Zl-Z0)/(Zl+Z0)Z0:传输线特性阻抗Zl:负载阻抗4)回波损耗:IL=-20LOG(1/
8、T
9、)=20LOG(︱(ZL+Z0)/(ZL-Z0)︱)5)驻波比与反射系数:VSWR=(1+
10、T
11、)/(1-
12、T
13、)反射系数(reflectioncoefficient)反射系数可以用天线的负载阻抗Za与电路特性阻抗Zo来表示:Γ=(Za-Zo)/(Za+Zo);反射
14、系数的取值在-1(负载短路,Za=0)到+1(负载开路,Za=无穷)之间,为0时表示负载匹配。反射系数可以表示为归一化负载电阻形式.Γ=(Zn-1)/(Zn+1),其中Zn=Za/Zoreflectioncoefficientinpowerreflectioncoefficientinpower=Γ^2;表示反射能量
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