一种阻抗不连续传输线频域响应的求解方案制造技术

本发明专利技术公开了一种阻抗不连续传输线频域响应的求解方案。首先将阻抗不连续线分为n段阻抗均匀段，根据行波理论，建立信号流图，其次根据电磁拓扑理论，求得各个节点的散射系数，然后根据波的传播理论，建立波的传播关系方程，根据入射波和反射波的关系建立波的散射方程，最后联立上述两个方程，求得各个节点的频域响应。通过试软件仿真验证得出使用这种技术方案，对于求解阻抗不连续传输线频域响应有效、合理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及传输线性能分析领域，具体的说，是涉及一种阻抗不连续传输线频域响应的求解方案。
技术介绍
传输线是一种引导信号和能量的电器设备，其应用十分广泛。在电力系统中，研究线路的特性对于继电保护元件参数确定、故障测距、防雷保护等方面有着重要的应用价值。对传输线的数值分析方法一般可分为时域法和频域法两大类。其中频域分析方法是将传输线方程转换成频域中的偏微分方程求解，最终得到整个传输线的电压、电流频域响应。传输线的频域特性分析是研究电磁干扰、及兼容分析必不可少的考虑因素。目前，基于简单均匀有损传输线的频域分析技术较为成熟。然而在实际高速电路系统中，连接系统中各信号处理的传输线通常会出现非均匀、阻抗不连续的情况。频域中对这类问题的研究主要有以下几种典型的方法。第一种方法是基于频域的BLT方程，将不均匀传输线分为多段均匀传输矩阵之积，从而求得解析解，但是这种方法未考虑非均匀传输线离散段因阻抗不连续而造成的反射问题。第二种方法是将整个非均匀段等效为多端口网络，采用矢量匹配端口的传递函数的有理近似函数，从而获得电压电流频域响应。第三种方法快速傅里叶变换法(FFT)，该方法使用范围广，但是当进行时频转换时，必须在一定的频率范围内去足够多的频率采样点，以免造成频谱混叠，耗费计算内存和时间。基于傅里叶变换法还有拉普拉斯变换法(LT)，模式降阶法等。上述方法仅能对线性时不变电路进行分析。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供了一种对阻抗不连续传输线频域响应的求解方案，该方案结合电磁拓扑中节点和管道的关系，对不均匀线的离散均匀段进行改进处理，从而求得更精确的频域解。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种阻抗不连续传输线频域响应的求解方案，其特征在于，将阻抗不连续传输线的信号流图、电磁拓扑中的传输节点的散射参数与BLT方程相结合，具体包括以下步骤：(1)将阻抗不连续线分为n段阻抗均匀段，结合管道和节点的概念，根据行波理论入射波和反射波的关系，建立信号流图；(2)根据电磁拓扑理论，求得各个节点的散射参数；(3)根据波的传播理论，建立波的传播关系方程；(4)根据步骤(2)所求的散射参数，以及入射波和反射波的关系，建立波的散射关系方程；(5)联立步骤(3)的传播关系方程和步骤(4)散射关系方程，求得各个传输节点的频域响应。与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：本专利技术方案结合电磁拓扑中节点和管道的关系，对不均匀线的离散均匀段进行改进处理，从而求得更精确的频域解；应用时更加灵活，占用的计算机资源少，计算效率高、附图说明图1是阻抗不连续传输线的信号流图。图2是使用本专利技术方案求解得到的阻抗不连续传输线远端频域响应。图3使用spice电路分析程序仿真得到的阻抗不连续传输线远端频域响应。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的描述：假设传输线为双导体传输线，其包括n段阻抗不连续段，设各段的特性阻抗分别为Zc1，Zc2，…，Zcn。在电源段和负载端阻抗分别为Z1和Z2。第一步，结合行波理论，将传输线的电压和电流分解为前向行波和后向行波之和，构造信号流图，如图1所示。节点1和节点n+1分别表示数据传输信道的电源端和负载端，节点2到节点n表示各离散均匀段的连接点。第二步，求解各个节点的散射参数，对于节点1，n+1的散射参数求解使用波理论入射波和反射波的关系求得。而对于节点2，n的散射参数求解可看作拓扑理论中的传输节点，利用传输节点的散射参数求解公式即可求得其散射参数。节点1散射参数节点n+1的散射参数为节点2的散射参数为以此类推，得其他节点的散射参数为i＝2,3,……n，其中第三步，根据波的传播特性，可以得到该系统的传播关系方程为上式表示为矩阵形式为Vref＝ΓVinc-Vs。其中为管道i的传输函数，λi为管道i的传输常数，一般定义Ri，Li，Ci，Gi为的分布管道i参数，li是管道i的长度，Vinc(i,k)，Vref(i,k)分别表示与管道i相连节点k的入射波和反射波。为管道i上的电压激励，V0i，I0i是管道i的电压源和电流源，xsi为其所处的位置，当管道i没有激励时，第四步，根据入射波与反射波的关系可知，求得各个节点的散射关系方程表示为矩阵形式为Vref＝SVinc。其中S1，S2，…，Sn+1由第二步已经求得，Vinc(i,k)，Vref(i,k)分别表示与管道i相连节点k的入射波和反射波。第五步，求各个节点的电压波，由于各节点的电压波V＝Vinc+Vref，联立上述各式，可求得各个节点的电压为V＝(S+I)(S-Γ)-1Vs其中S为散射矩阵，Γ是传播矩阵，I为2n阶单位阵，Vs为激励源向量。代入各个参数即可得到各个节点的电压。使用SPICE电路分析程序对阻抗不连续传输线进行分析，并与本专利技术所提出的方案进行对比：设有三段不同阻抗的传输线无耗，且处于自由空间，长度分别为l1＝30m，l2＝45m，l3＝60m，负载阻抗Zl1＝75，Zl2＝50，Zl3＝150，在电源端和负载端阻抗匹配，Z1＝75，Z2＝150，分别采用本专利技术技术方案和SPICE电路分析程序进行对比，结果如图2和图3所示。图2表示使用本专利技术方案得到的负载端传输线的幅频特性图，图3是使用SPICE仿真分析程序所得负载端的频域特性，由图2和图3可知，该实施例的带宽为100kHz，幅值在660mV～670mV，采用本专利技术方案与软件仿真的结果基本一致。由于SPICE电路分析程序仅对于无损耗线具有精确解，对于损耗线却具有很大的局限性，与软件仿真相比，本专利技术技术方案更加灵活，占用的计算机资源少，计算效率高。本专利技术并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本专利技术的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本专利技术宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本专利技术的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阻抗不连续传输线频域响应的求解方案，其特征在于，将阻抗不连续传输线的信号流图、电磁拓扑中的传输节点的散射参数与BLT方程相结合，具体包括以下步骤：(1)将阻抗不连续线分为n段阻抗均匀段，结合管道和节点的概念，根据行波理论入射波和反射波的关系，建立信号流图；(2)根据电磁拓扑理论，求得各个节点的散射参数；(3)根据波的传播理论，建立波的传播关系方程；(4)根据步骤(2)所求的散射参数以及入射波和反射波的关系，建立波的散射关系方程；(5)联立步骤(3)建立的传播关系方程和步骤(4)散射关系方程，求得各个传输节点的频域响应。

【技术特征摘要】
1.一种阻抗不连续传输线频域响应的求解方案，其特征在于，将阻抗不连续传输线的信号流图、电磁拓扑中的传输节点的散射参数与BLT方程相结合，具体包括以下步骤：(1)将阻抗不连续线分为n段阻抗均匀段，结合管道和节点的概念，根据行波理论入射波和反射波的关系，建立信号流图；(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张如彬，金杰，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12