在第二期的特性阻抗講解中，我們提到了傳輸線路。雖然將傳輸線比作水路，但它究竟是通過什么原理傳輸信號和電力的呢?

本次將通俗易懂地向您解釋“信號在傳輸線路上的傳播機制”。

用特性阻抗的單位表示電壓與電流的比

與阻抗和電阻相同，特性阻抗的單位也采用“Ω”來表示，意為電壓與電流的比值。但其與普通阻抗的區(qū)別在于：其比值是當線路末端接入等效阻抗電阻時電壓與電流的比值。換言之，特性阻抗反映的是未發(fā)生反射時的電壓與電流的比值。而普通阻抗的電壓電流比值會因末端條件不同而變化，且包含反射波的影響

傳輸線路由電容和線圈構(gòu)成

另一個重要點在于，傳輸線路可視為由等效電容和電感構(gòu)成，如以圖1中的同軸電纜為例，其結(jié)構(gòu)為中心導體周圍包裹著絕緣層，其外部再包裹導體層。

圖1 電纜所具有的電容與電感

因此，當向該電纜施加電壓以傳輸電信號時，中心導體與外部導體之間會導致電荷聚集形成電容進而產(chǎn)生電場。與此同時，流經(jīng)中心導體和外部導體的電流會產(chǎn)生磁場，因此中心導體和外部導體可視為具有等效線圈。注1) 也就是說，同軸電纜和微帶線等傳輸線路可視為由電容和線圈構(gòu)成。由于傳輸線路由電容和線圈構(gòu)成，即使通入交流電流也不會消耗電能，就能像水道一樣傳輸信號和電力。注2)

傳輸線路上信號的傳播方式

為了簡化說明，我們在這里考慮一種不存在導體電阻和介質(zhì)損耗的理想傳輸線路。圖2對傳輸線路用電容和電感進行了示意性標示。傳輸線連接了一個產(chǎn)生振幅為[V]、頻率為f[Hz]的正弦波電壓的電壓源。下面依次說明信號在傳輸線路上的傳播過程。

步驟1.初始狀態(tài)下電容和線圈的能量為零

圖2表示初始狀態(tài)，電容的電荷(電場勢能)與線圈的磁場勢能均為零。交流電從電壓源流向電容和線圈，但線圈兩端因存在電位差

[V]而最初不通電。另一方面，電容還處于未充電狀態(tài)且電位差為零，因此會流過較大電流，電荷被供給至電容。

圖2 傳輸線上的電流與電壓(初始狀態(tài))

交流電使電容內(nèi)部積聚電荷，電容兩端電壓上升，電流減小。另一方面，電流逐漸流過線圈，磁場能量被儲存，線圈兩端電壓也隨之降低。流過線圈的電流將為下一個電容器充電。(參見圖3)

圖3 傳輸線路上的電容、線圈中儲存的能量

Step3.在向電容、線圈連續(xù)儲能的同時傳輸信號

當電容的容量達到極限時，電荷(電場能量)便被完全儲存，此時電容器電壓達到

[V]，電流停止流動。另一方面，線圈根據(jù)電感值將磁場能量儲存在空間中，兩端電位差歸零，電流無阻礙地流動。此時如圖4所示。流經(jīng)線圈的電流用于給下一個電容充電，電容與線圈在傳輸線路中交替儲存電場與磁場能量，形成循環(huán)。

圖4 電容、線圈中儲存能量

本期總結(jié)

有關(guān)傳輸線路的內(nèi)容總結(jié)如下：

1.傳輸線路由中心導體與外部導體之間形成的電容，以及導體本身的線圈組成。

2.傳輸線路的電氣特性通過特性阻抗表示，單位為“Ω”。

3.特性阻抗是將傳輸線路以等值電阻接入線路末端時觀測到的電壓與電阻之比。

4.傳輸線路通過電容與電感器件，在儲存電場及磁場能量的同時傳輸信號。

5.傳輸線路的電容與電感對流過電流與兩端電壓的關(guān)系呈現(xiàn)反比關(guān)系。

本期我們詳細介紹了在傳輸線路上電壓和電流如何進行傳輸。

我們將在第四期介紹特性阻抗的測量方法。

注1.中心導體與外部導體各自具有自感和互感，但當將電纜視為傳輸線路時，由于跟電流方向相反，因此將這些電感合并為環(huán)路電感，如下所示： 其中L?為中心導體的自感，L?為外部導體的自感，則表示中心導體與外部導體之間的互感。

注2.實際傳輸線路的導體含有微量電阻，絕緣層也會有微量交流電通過，因此也具有導電性。