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射频小知识——【交流电、相位、相位差】

日期: 2020-05-22
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英国物理学家、化学家、电学之父和交流电之父,迈克尔.法拉第,在1831年10月,首次发现了电磁感应现象,并进而得到了产生交流电的方法,同月,发明出圆盘发电机。交流电在某种程度上为现代生活奠定了基础。


交流电是指,在大小和方向上会随着时间做周期变化的电压或电流。基本形式是正弦波。因为交流电是随着时间呈现周期性变化的,为了描述交流电在任一时间点上的物理特性,人们用了相位这个概念。


射频小知识——【交流电、相位、相位差】

射频小知识——【交流电、相位、相位差】

当我们用“相位”来描述交流电时,那么“相位”又是怎样定义的呢?

“相位”是反映交流电任何时刻的状态的物理量。

众所周知,交流电的大小和方向是随时间变化的。以正弦交流电流为例,它的公式是i=I*sin2πft。i是交流电流的瞬时值,I是交流电流的最大值,f是交流电的频率,t是时间。随着时间的推移,交流电流可以从零变到最大值,从最大值变到零,又从零变到负的最大值,从负的最大值变到零。

在三角函数中2πft相当于旋转角度,它反映了交流电任何时刻所处的状态,是在增大还是在减小,是正或者是负,等等。所以,就把2πft叫做“相位”,或者叫做相。

如果时间t等于零,i并不等于零,公式应该改成i=I*sin(2πft+ψ)。那么2πft+ψ叫做“相位”,ψ叫做“初相位”,或者叫做“初相”。

相位:表示正弦交流电变化过程的量,它不仅决定某一刻瞬时值的大小和方向,还决定正弦交流电的变化趋势。

初相位:正弦交流电在计时开始时,(t=0)所处的变化状态。

根据公式i=I*sin(2πft+ψ),大家都知道了相位是“2πft+ψ”,那么作为和频率密切相关的射频传输线(包括射频同轴电缆和射频同轴连接器),在传输高频率的射频信号时,也一样遵循这样的规律,具有“相位”的变化。

因为传输线的不均匀性存在,因而射频信号在传输的过程中,会引起相位的变化。

作为一个宽频带的传输系统,在截止频率范围内,射频传输线内会有各个不同频率信号,即不同的波,在不同的波之间,会形成相位差。

相位差,顾名思义,就是两个波之间相位差的值。

以正弦波的电压信号为例,两个不同的波的相位由图2和图3所示的公式表示。

射频小知识——【交流电、相位、相位差】

图一

射频小知识——【交流电、相位、相位差】

图二

射频小知识——【交流电、相位、相位差】

图三

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