山田 博仁 Electric Circuits
電気回路 学
情報コース 4 セメ開講
分布定数回路
無損失線路の伝送 式
x I
x Z
V j I
x I
jZ x
V V
x x
cos sin
) / (
sin cos
0 0
0
0 0 0
R = G = 0 の線路、即ち無損失線路では = 0 より、 = j
となり、任意点 x ( 受電端を x = 0) における電圧、電流は以 下の式で与えられる。 ただし、 V0, I0 は受電端の電圧、電 流
x j
jx
x jx
sin sinh
cos cosh
の公式を使用した x
I Z x
I V
x I
Z x V
V
x x
cosh sinh
sinh cosh
0 0
0
0 0 0
p.170 式 (8.25) V0
I0 Vx
Ix
x x = 0
Z0
x j x
j x
x j x
j x
e I Z V e
I Z V I
Z
e I Z V e
I Z V V
) 2(
) 1 2(
1
) 2(
) 1 2(
1
0 0 0
0 0 0
0
0 0 0
0 0 0
入射波と反射波成分で表せば、
p.169 式 (8.23) 参照
無損失線路の伝送 式
上式を、受電端における電圧反射係数 で表せば、
) 1
( )
1 (
) 1
( )
1 (
2 0 0
2 0 0
2 0 0
2 0
x j x
j x
j x
x
x j x
j x
j x
x
e Γ e
V e
Γ V
I Z
e Γ e
V e
Γ V
V
0 0 0
0 0 0
0 V Z I
I Z Γ V
ただし、
) 2(
1
) 2(
1
0 0 0
0
0 0 0
I Z V V
e I Z V
Vx j x
( 点 x における入射電圧波 )
( 受電端 x = 0 における入射電圧波 ) 式 入射波
反射波
) 48 . 8 (
0 0
x x
x x
x x x
I Z V
I Z V V
V Γ
(8.22) 式 , (8.19) 式参照
x j x
j x
x j x
j x
e I Z V e
I Z V
I Z
e I Z V e
I Z V V
) 2(
) 1 2(
1
) 2(
) 1 2(
1
0 0 0
0 0 0
0
0 0 0
0 0 0
無損失線路の伝送
また、点 x における反射係数 は、
式
x j x
j x j
x j
x j
x x
x Γ e
e V
e V e
I Z V
e I Z V V
Γ V
2 0 0
0 0
0 0
0 0 0
) 2(
1
) 2(
1
x x
x V V
Γ /
x j
x V Z I e
V ( )
2 1
0 0 0
x j
x V Z I e
V ( ) 2
1
0 0 0
( 点 x における入射電圧波 )
( 点 x における反射電圧波 )
を用いて表せば、
線路上の電圧、電流の円線
受電端の反射係数 0 を極形式で表すと、
図
Γ0 Γ0 ej )1 (
) 1
(
) 2 ( 0 0
) 2 ( 0
x j x
x
x j x
x
e Γ V
I Z
e Γ V
V
Vx と Z0Ix とを、 を基準フェーザにとって作図すると、下図のようになる。Vx
Vx
Vx
) 2 ( 0
j x
x Γ e
V
) 2 ( 0
Vx Γ e j x
x 2
Ix
Z0
0
0 1 Γ
偏角 は
絶対値、
は
Γ0
Vx がZ0Ix に対して位相が進んでいる場合 : 誘導性、遅れている場合 : 容量性
線路上の電圧、電流の円線
x の場所を動かしていくと、下図のように
図
Vx と Z0Ix とが同相になることがある。この時、 Vx と Z0Ix は、最大値 (Vmax, Z0Imax) 或いは最小値 (Vmin, Z0Imin) をとる
Vx
Vx
Ix
Z0 0
) (Vmin
) (Z0Imax
Vx
Vx
Ix
Z0 0
) (Vmax )
(Z0Imin
max min
max R
I V I
Z V
x x
x min
max
min R
I V I
Z V
x x
x
2 0 max
min 0 min
max 0 max
min min
max min
max Z
I I Z I
I Z I
V I
R V
R
max 0
max Z I
V
min 0
min Z I
V より、
この時、点 x から受電端を見たインピーダンスは純抵抗 R になる。
線路上の電圧、電流の円線
2 つの観測点 x1 と x2 における電圧と電流の関係がちょうど下図のようになった時、
図
4 2
2
1 2
2
x x
ZL Z0
x = 0 Vmin
Vmax Vmax
x1 x2
Vx Ix
Z0
/4
min 0I
Z Z0Imin
max 0I Z
2 点間の距離は、
1
Vx 1
Vx
1 0Ix
Z 0
x = x1
2
Vx
2
Vx
2 0Ix
Z
0
x = x2
線路上の電圧、電流の円線 図
2 2 0 1
0 1
x x x
x
V I Z I
Z
V
) 4 / 1 (
0 2
0 0
1
x x
x
Z Z Z
Z Z
Z
従従従従 /4 だけ離れた各々の点から受電端の方を見た 2 つのインピーダン
スは、互いに逆回路の関係にある
) 4 / 1 ( )
4 / 1 ( 0
) 4 / 1 ( 0 )
4 / 1 ( 0
) 4 / 1 ( 0 0
1 0 1 0
1
0 1
1 / 1
1 /
1 /
1 /
x
x x x
x x
x x
x
x Γ
Z Z
Z Z
Z Z
Z Z Z
Z
Z Z
Z Z
Z Γ Z
2
1 x
x Γ
Γ
0 0
Γ Γ0 1
先の円線図の関係より、
或いは、
さらに、
より、 /4 だけ離れた 2 点における反射係数の符号は反対になる 大きさについては、無損失線路の場合、線路上至るところで
(ZL = Z0) の場合 (ZL = jX) の場合
Vx
Vx
Ix
Z0 0 0
Vx
Ix
Z0 Vx
定在波 比
min max min
SWR max
I I V
V
定在波比 (SWR または VSWR)
VSWR: Voltage Standing Wave Ratio
無損失線路の受電端に任意の負荷 ZL を接続すると、線路上の電圧 Vx および電流 Ix は、 /4 間隔ごとに最大値と最小値を繰り返し、電圧が最 大 ( 小 ) 値となる点では電流が最小 ( 大 ) 値をとる。
0 0 0
0 0 0 min
max
1 1 /
1
/ SWR 1
Γ Γ V
V V V V
V
V V
V V
x x
x x
SWR 1
SWR: Standing Wave Ratio ZL
Z0
x=0 Vmax
Vmin Vmax
Vx
max 0I Z
/4
min 0I Z Ix
Z0
min 0I Z
/4
定在波比 SWR と反射係数 0 との関係は、
1 0 Γ0
各種 SWR メータ ( アマチュア無線用 )
SWR 計 測
反射波
反射波電力 入射波電力
入射波
SWR 計測の原理 方向性結合器
入射波電力を読む 反射波電力を読む
定在波による負荷の測 定
0 0
0
0
0
0 0
0
0 0 0
tan
tan cos
sin
sin cos
cos sin
sin cos
Z x jZ
x jZ
Z Z x Z x
j Z
x jZ
x Z
x I
Z x j V
x I
jZ x
V I
Z V
r r r
r x
x
x
Zr Z0
x = 0 Vmax
Vmin
xmax xmin
Vmax
j
無損失線路 (= 0) の受電端 x = 0 に負荷 Zr を接続したとき、線路上の任意 の点より負荷の方を見た駆動点インピーダンスは、
0 max
max 0
0 0
max tan
SWR tan
Z x
jZ
x jZ
Z Z Z
R
r r
max max
0 1 SWR tan
tan SWR
x j
x Z j
Zr
min min
0 SWR tan
tan SWR 1
x j
x Z j
Zr
よって、
さらに、
Z0 と 従従が既知の線路を用いて
、 SWR と xmax 或いは xmin を 測定することにより、 Zr の値を 求めることができる
特性インピーダンス Z
0= 300[Ω] の無損失線路が、負荷イン ピーダンス Z
Lで終端されている。負荷から 1/4 波長離れた 点から負荷を見たインピーダンス Z を測定したところ、 Z
= 200 + j150[Ω] であった。 Z
Lはいくらか。
出席レポート問 題
※ 今回が最終回となります。次回の講義の日 (1/22) までに私のメー ルボッ クスに投函か、講義に持参のこと
