第1章 阻抗匹配(新1.5)

丁霄博士電子科技大學(xué)應(yīng)用物理所xding@微波技術(shù)基礎(chǔ)第一章傳輸線理論§1.1傳輸線方程§1.2傳輸線上的基本傳輸特性§1.3無耗線工作狀態(tài)分析

§1.4史密斯圓圖

§1.5阻抗匹配

附：本章科技英語詞匯第一章傳輸線理論§1.1傳輸線方程§1.2傳輸線上的基本傳輸特性§1.3無耗線工作狀態(tài)分析

§1.4史密斯圓圖

§1.5阻抗匹配

附：本章科技英語詞匯§1.5阻抗匹配1．阻抗匹配概念(impedancematch)阻抗匹配：是使微波電路或系統(tǒng)無反射、使系統(tǒng)處于行波或盡量接近行波狀態(tài)的技術(shù)措施。1）阻抗匹配的重要性l匹配時(shí)傳輸給傳輸線和負(fù)載的功率最大，饋線中的功率損耗最??；l阻抗失配時(shí)傳輸大功率信號(hào)易導(dǎo)致?lián)舸?；l阻抗失配時(shí)反射波會(huì)對(duì)信號(hào)源產(chǎn)生頻率牽引作用，使信號(hào)源工作不穩(wěn)定，甚至不能正常工作。其重要性：在傳輸系統(tǒng)中一般情況下：2）阻抗匹配問題①負(fù)載與傳輸線之間的阻抗匹配，ZL=Z0方法：在負(fù)載與傳輸線之間接入匹配裝置，在匹配裝置處的Zin=Z0（傳輸線的特性阻抗）。目的：負(fù)載端無反射。實(shí)質(zhì)：人為產(chǎn)生一反射波，與實(shí)際負(fù)載的反射波相抵消。在源端和負(fù)載端均有反射。Zin=Z0②信號(hào)源與傳輸線之間

的阻抗匹配a.信號(hào)源與負(fù)載線的匹配目的：信號(hào)源端無反射條件：*選擇負(fù)載阻抗ZL或傳輸線參數(shù)βl,Z0,使Zin=Zg；

*

如果負(fù)載端已匹配，則應(yīng)使Zg=Z0；方法：在信號(hào)源與傳輸線之間接入匹配裝置實(shí)際情況：負(fù)載端總有反射，用隔離器吸收反射信號(hào)，使信號(hào)源穩(wěn)定工作。ZinZing②信號(hào)源與傳輸線之間

的阻抗匹配b.信號(hào)源的共軛匹配目的：信號(hào)源傳送給負(fù)載的功率最大條件：選擇Zin，使得Zin=Zg*

；或Rin=Rg，Xin=-Xg方法：在信號(hào)源與傳輸線之間接入匹配裝置ZinZing2．負(fù)載阻抗匹配方法負(fù)載與傳輸線之間的阻抗匹配，ZL=Z0方法：在負(fù)載與傳輸線之間接入匹配裝置，在匹配裝置處的Zin=Z0（傳輸線的特性阻抗）。目的：負(fù)載端無反射。Zin(1)集總元件L節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)在1GHz以下，可以采用兩個(gè)電抗元件組成的L節(jié)網(wǎng)絡(luò)來使任意負(fù)載阻抗與傳輸線匹配。L網(wǎng)絡(luò)的可能結(jié)構(gòu)，如下：(1)集總元件L節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)電容/電感即，有八種可能存在的L節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)(1)集總元件L節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)zL=ZL/Z0

在1+jx圓內(nèi)用zL=ZL/Z0

在1+jx圓外用例題1-5-1設(shè)計(jì)一L節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)，在500MHz,使得負(fù)載阻抗與特性阻抗的傳輸線匹配。匹配網(wǎng)絡(luò)例題1-5-1解：由于例題1-5-1解：由于在1+jx圓內(nèi)，故而例題1-5-1解：由于匹配網(wǎng)絡(luò)中，靠近負(fù)載的原件是并聯(lián)電納，故而，需要將歸一化負(fù)載阻抗轉(zhuǎn)換成歸一化負(fù)載導(dǎo)納解：導(dǎo)納圓1+jbj0.3導(dǎo)納圓1+j0.5j1.2例題1-5-1由圓圖知：并聯(lián)了j0.3電抗串聯(lián)了j1.2電抗如圖：應(yīng)用λ/4線段的阻抗變換性：匹配時(shí)應(yīng)有：Zin=Z0則λ/4線的特性阻抗應(yīng)為：特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、實(shí)用使用范圍：實(shí)負(fù)載阻抗與傳輸線匹配。(2)λ/4變換器已知：；求：用λ/4變換器進(jìn)行匹配的位置d及。解：已知在電壓最小點(diǎn)和電壓最大點(diǎn)輸入阻抗為純電阻，故此阻抗匹配器應(yīng)在此點(diǎn)接入。例1-5-2:向電源方向最近的為

點(diǎn)，；；相對(duì)應(yīng)dZ0ZL該點(diǎn)的阻抗為：即則則阻抗轉(zhuǎn)換器的接入位置：dZ0ZL(3)支節(jié)調(diào)配器支節(jié)調(diào)配器是在距離負(fù)載某固定位置上并聯(lián)或串聯(lián)終端短路或開路的傳輸線段構(gòu)成。常用并聯(lián)調(diào)配支節(jié)。支節(jié)數(shù)可以是一條、兩條、三條或更多。

匹配對(duì)象：任意負(fù)載其中

調(diào)節(jié)參數(shù)：枝節(jié)距負(fù)載距離d和枝節(jié)長(zhǎng)度l。分析枝節(jié)匹配的方法均采用倒推法——由結(jié)果推向原因。

另外，由于短路枝節(jié)并聯(lián)，我們?nèi)坎捎脤?dǎo)納更為方便。并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系有分析：結(jié)果要求且利用和系統(tǒng)的|Γ|不變性，沿等|Γ|圓轉(zhuǎn)到。專門把的圓稱為匹配圓。例：Z0=50Ω，ZL=25+j75Ω，無耗線，求單支節(jié)短路并聯(lián)匹配的位置d和長(zhǎng)度l。AB分析：應(yīng)使在C點(diǎn)之后反射波為零C點(diǎn)：并聯(lián)之后的歸一化導(dǎo)納yC=y1+y2=1。

由于y2=jb2(短路支節(jié))B點(diǎn)：在并聯(lián)前應(yīng)為yB=y1=yC-y2=1-jb2。同時(shí)，負(fù)載導(dǎo)納yL經(jīng)d的距離后應(yīng)為y1=1-jb2;由于傳輸線無耗，故在線上為沿等G圓旋轉(zhuǎn)，選擇d，使y1=1-jb2。C解：①歸一化負(fù)載阻抗：阻抗圓圖上此點(diǎn)相應(yīng)的歸一化負(fù)載導(dǎo)納為：

yL=0.2-j0.6其對(duì)應(yīng)的向電源波長(zhǎng)數(shù)為：

0.412向電源0.412波長(zhǎng)例：Z0=50Ω，ZL=25+j75Ω，無耗線，求單支節(jié)短路并聯(lián)匹配的位置d和長(zhǎng)度l。AB分析：應(yīng)使在C點(diǎn)之后反射波為零C點(diǎn)：并聯(lián)之后的歸一化導(dǎo)納yC=y1+y2=1。

由于y2=jb2(短路支節(jié))B點(diǎn)：在并聯(lián)前應(yīng)為yB=y1=yC-y2=1-jb2。即r=1的圓。同時(shí)，負(fù)載導(dǎo)納yL經(jīng)d的距離后應(yīng)為y1=1-jb2;由于傳輸線無耗，故在線上為沿等G圓旋轉(zhuǎn)，選擇d，使y1=1-jb2。C②波長(zhǎng)數(shù)為0.192波長(zhǎng)數(shù)為0.308由yL沿等

圓順時(shí)針旋轉(zhuǎn)尋找與r=1的圓的交點(diǎn)

ABC等反射系數(shù)圓波長(zhǎng)數(shù)為0.192波長(zhǎng)數(shù)為0.308③支節(jié)的位置為

例：Z0=50Ω，ZL=25+j75Ω，無耗線，求單支節(jié)短路并聯(lián)匹配的位置d和長(zhǎng)度l。AB分析：應(yīng)使在C點(diǎn)之后反射波為零C點(diǎn)：并聯(lián)之后的歸一化導(dǎo)納yC=y1+y2=1。

由于y2=jb2(短路支節(jié))B點(diǎn)：在并聯(lián)前應(yīng)為yB=y1=yC-y2=1-jb2。即r=1的圓。同時(shí)，負(fù)載導(dǎo)納yL經(jīng)d的距離后應(yīng)為y1=1-jb2;由于傳輸線無耗，故在線上為沿等G圓旋轉(zhuǎn)，選擇d，使y1=1-jb2。C④短路支節(jié)的歸一化輸入電納為波長(zhǎng)數(shù)為0.182波長(zhǎng)數(shù)為0.318⑤求短路支節(jié)的長(zhǎng)度：短路時(shí)yL2=∞,位于實(shí)軸右端點(diǎn)，

lL2=0.25由此點(diǎn)至支節(jié)歸一化電納點(diǎn)（y2或y2’順時(shí)針?biāo)D(zhuǎn)的波長(zhǎng)數(shù)即為短路支節(jié)的長(zhǎng)度）課堂練習(xí)Z0=50Ω，ZL=25+j75Ω，無耗線，求單支節(jié)短路并聯(lián)匹配的位置d和長(zhǎng)度l。Z0=400Ω，ZL=1600+j800Ω，無耗線，用Z01=200Ω的短路枝節(jié)進(jìn)行匹配，求支節(jié)的位置d和長(zhǎng)度l。雙支節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)AB

單支節(jié)調(diào)配器中因要求d可調(diào)，對(duì)于同軸線、波導(dǎo)等結(jié)構(gòu)中較難調(diào)。故常采用雙支節(jié)調(diào)配器。一般為并聯(lián)支節(jié)。

兩支節(jié)之間的距離d=λ/8,λ/4,3λ/8(注意不能選取λ/2)，不可調(diào)；兩支節(jié)長(zhǎng)度為l1和l2，可調(diào)節(jié)。匹配對(duì)象：任意負(fù)載調(diào)節(jié)參數(shù)：雙枝節(jié)長(zhǎng)度l１和l２

假定已經(jīng)匹配，則十分明顯，在匹配圓軌跡,通過傳輸線(也即向負(fù)載方向轉(zhuǎn)90°)，構(gòu)成軌跡。(在雙枝節(jié)匹配中,專門稱為輔助圓)。

也即，將按等圓旋轉(zhuǎn)到輔助圓上，由此算出。

同軸雙支節(jié)匹配器中Z0=50Ω,ZL=100+j50Ω,d1=λ/8,d2=λ/8，求支節(jié)長(zhǎng)度l1和l2。例:d1d2ABC分析：C點(diǎn)：應(yīng)在并聯(lián)電納后歸一化阻抗為ZC=1。在并聯(lián)前應(yīng)為ZC0=1+jb2B點(diǎn)：并聯(lián)后的阻抗ZB與ZC0的關(guān)系為經(jīng)一段傳輸線d2的距離（輔助圓）。并聯(lián)前的阻抗ZB0為負(fù)載阻抗經(jīng)d1的距離所得到的值。解：1)歸一化負(fù)載阻抗其相應(yīng)的歸一化導(dǎo)納為其對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)數(shù)為

0.463。d1d23)做輔助圓：B點(diǎn)的軌跡應(yīng)在輔助圓上。其對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)數(shù)為0.088。2)則在d1點(diǎn)處的輸入導(dǎo)納應(yīng)為：沿等r圓順時(shí)針旋轉(zhuǎn)d1=λ/8得到y(tǒng)L，d1d2則第一個(gè)支節(jié)的長(zhǎng)度為以yL沿等gL=0.5的圓旋轉(zhuǎn)交輔助圓于y1=0.5+j0.14；于是第一個(gè)并聯(lián)電抗應(yīng)為：jb1=j0.14-j0.5=-j0.36；并聯(lián)電抗jb1所對(duì)應(yīng)的電長(zhǎng)度為(圓圖)0.445λ；由于短路支節(jié)的電長(zhǎng)度為0.25λ；l1=(0.445-0.25)λ=0.195λd1d2二匹配元件

4)以y1沿等Γ圓順時(shí)針旋轉(zhuǎn)λ/8得到y(tǒng)2=1+j0.72，注意：有兩對(duì)解，一般選擇較短的一對(duì)解答。則第二個(gè)電抗值應(yīng)為：

jb2=-j0.72則第二支節(jié)的長(zhǎng)度為(jb２在圓圖上的位置)l２=(0.405-0.25)λ

=0.155λd1d2二匹配元件

禁區(qū)如當(dāng)d2=λ/8時(shí)，如果yL落在g>2的陰影圓內(nèi)，則沿等gL圓旋轉(zhuǎn)不可能與輔助圓有交點(diǎn)，則不能獲得匹配。同理,如當(dāng)d1=λ/4，yL落在g>1圓內(nèi)也得不到匹配。――為克服此缺點(diǎn)，可用三支節(jié)或四支節(jié)調(diào)配器。在此區(qū)域內(nèi)得不到匹配d1d2第一章傳輸線理論§1.1傳輸線方程§1.2傳輸線上的基本傳輸特性§1.3無耗線工作狀態(tài)分析

§1.4史密斯圓圖

§1.5阻抗匹配

附：本章科技英語詞匯第一章傳輸線理論§1.1傳輸線方程§1.2傳輸線上的基本傳輸特性§1.3無耗線工作狀態(tài)分析

§1.4史密斯圓圖

§1.5

阻抗匹配

附：本章科技英語詞匯本章科技英語詞匯TransmissionLineLongLine/ShortLineCharacteristicImpedance/AdmittancePropagationConstantAttenuationConstant/PhaseConstantInputImpeda