网络匹配原理与计算

1、高频电路高频电路3.4.2 匹配网络原理与计算匹配网络原理与计算 根据谐振功率放大器在发射机中所处位置的不同，常根据谐振功率放大器在发射机中所处位置的不同，常将谐振功率放大器所采用的匹配网络分为输入、级间耦合、将谐振功率放大器所采用的匹配网络分为输入、级间耦合、输出三种匹配电路。输出三种匹配电路。 输入匹配网络用于信号源与谐振功率放大器之间；输入匹配网络用于信号源与谐振功率放大器之间； 输出匹配网络用于输出级与负载（天线）之间；输出匹配网络用于输出级与负载（天线）之间； 级间耦合匹配网络用于高频功率放大器的推动级与输级间耦合匹配网络用于高频功率放大器的推动级与输出级之间。出级之间。1. 匹配网

2、络在电路中的功能匹配网络在电路中的功能 滤波功能，保证负载获取工作频率的功率，抑制工作滤波功能，保证负载获取工作频率的功率，抑制工作频率以外的谐波分量及干扰。频率以外的谐波分量及干扰。 阻抗匹配，将信号功率传送到负载上去阻抗匹配，将信号功率传送到负载上去高频电路高频电路输入匹配网络举例输入匹配网络举例22maxmax=82LR msmooLUUPPrR2m ax4ssLoUUrRrPr在，一 定 ， 当，最 大 一个给定的信号源，当负载电阻跟信号源内阻相等时，负一个给定的信号源，当负载电阻跟信号源内阻相等时，负载可获得最大输出功率，这就是常说的载可获得最大输出功率，这就是常说的阻抗匹配之一阻抗

3、匹配之一。rLR222222222()2()()44ssoLLLLLssLLLLLUUPRRRrRR rrUURRrRrR rrR直流直流交流交流cos,1coscos2LLssmLRsmR muUtRruUtUt当时,负载压降高频电路高频电路 高频功率晶体管的输入阻抗实数部分的数值通常只有几高频功率晶体管的输入阻抗实数部分的数值通常只有几，而信号源的内阻比晶体管的输入电阻要高。为了使信号源的功率而信号源的内阻比晶体管的输入电阻要高。为了使信号源的功率有效地加到高频功率晶体管的发射结上，可采用输入匹配网络来有效地加到高频功率晶体管的发射结上，可采用输入匹配网络来实现高频功率晶体管的输入电阻与信

4、号源内阻的匹配。实现高频功率晶体管的输入电阻与信号源内阻的匹配。 其中电感其中电感L1的品质因数在大功率电路中取的品质因数在大功率电路中取QL=210，R2是是T 的的输入电阻。输入电阻。仅几仅几高频电路高频电路级间耦合匹配网络举例级间耦合匹配网络举例 对级间耦合匹配网络，其负载是下一级功率放大器的输对级间耦合匹配网络，其负载是下一级功率放大器的输入阻抗。为保证级间功率放大器在其负载变化时，仍能向入阻抗。为保证级间功率放大器在其负载变化时，仍能向下一级提供平稳的输出电压，应选取下一级提供平稳的输出电压，应选取级间功率放大器级间功率放大器工作工作在在过压状态过压状态。 R1是保证是保证T1工作在

5、过压状态所需的最佳电阻，工作在过压状态所需的最佳电阻，Co=2Cob（T1的输出电容），的输出电容），R2是是T2的输入电阻。的输入电阻。高频电路高频电路输出匹配网络模型输出匹配网络模型匹配网络匹配网络LRpR 使负载阻抗与放大器所需要最佳阻抗匹配，即将使负载阻抗与放大器所需要最佳阻抗匹配，即将负载阻抗转换为放大器所需要最佳阻抗（负载阻抗转换为放大器所需要最佳阻抗（临界状态临界状态） 抑制工作频率范围以外的不需要的频率，即滤波抑制工作频率范围以外的不需要的频率，即滤波作用作用希望在负希望在负载天线上载天线上输出最大输出最大功率功率输出匹配网络举例输出匹配网络举例高频电路高频电路 为了输出得到最

6、高输出功率，功率放大器应工作于为了输出得到最高输出功率，功率放大器应工作于临界临界状态状态。 R1是保证是保证T工作在临界状态所需的最佳电阻，工作在临界状态所需的最佳电阻，Co=2Cob，R2是负载电阻。是负载电阻。天线天线负载负载50高频电路高频电路1. 匹配网络在电路中的功能匹配网络在电路中的功能 滤波功能，保证负载获取工作频率的功率，抑制工作滤波功能，保证负载获取工作频率的功率，抑制工作频率以外的谐波分量及干扰。频率以外的谐波分量及干扰。 阻抗匹配，将信号功率传送到负载上去阻抗匹配，将信号功率传送到负载上去2. L型匹配网络型匹配网络 L 型匹配网络是最简单和最常用的匹配网络之一。型匹配

7、网络是最简单和最常用的匹配网络之一。两种基本形式，如下图示两种基本形式，如下图示R1R2usX1X2R1R2usX2X1R2 R1高频电路高频电路(1) R2R1 的的L型匹配网络型匹配网络 X1、X2 是电抗，且两者电抗性质相反，一个是感抗是电抗，且两者电抗性质相反，一个是感抗,另一另一个必须是容抗。阻抗匹配要求满足：个必须是容抗。阻抗匹配要求满足：R1R2usX1X2R1usX12X2R22222222222(1)1(1)RQRXXQQXR 11121221222222221(1),(1),RXXXQQXQRRRRQQX1211122121222()1RRXRQRRRQRXQ RRRR高频

8、电路高频电路(1) R2R1 的的L型匹配网络型匹配网络 例例3-1 已知谐振功放的工作频率已知谐振功放的工作频率10 MHz、输出电阻、输出电阻Ro=280 欧，负载天线的欧，负载天线的阻抗阻抗RL=50 欧，计算欧，计算L型匹配网络参数值型匹配网络参数值R1R2usX1X22616280112.14550()50(28050)107.238107.2381.7121010150280130.551280501121.921010130.551OLLOLLOOLRRLXRRRLRXRCRRCFpF 21解 ： （ a） 设 X 为 感 抗 ， X 为 容 抗Q=高频电路高频电路(1) R2R

9、1 的的L型匹配网络型匹配网络 X1、X2 是电抗，且两者电抗性质相反，一个是感抗是电抗，且两者电抗性质相反，一个是感抗,另一另一个必须是容抗。阻抗匹配要求满足：个必须是容抗。阻抗匹配要求满足：R1R2usX1X2R1usX12X2R22222222222(1)11RRQQRXQXX 22121222221212211,11XQQRXXXXQRRRRQQ 2122221111121()1RRXRQRRXQ RRRQRRR高频电路高频电路L型匹配网络特点型匹配网络特点maxmin120.7121,12RQRQRRQQffQRRQLL窄带阻抗匹配网络，旨在工作频率处谐振，电抗抵消，实现两电阻间的阻

10、抗变换L型匹配网络支路的品质因数=在两个阻抗变换的电阻值确定后，值是确定的，不能任意选择整个L型匹配网络同时接有和，L型匹配网络的总有载品质因数L型匹配网络的通频带宽2缺点：在和确定后，值不可任意选择，有可能不能满足滤波性能的要求高频电路高频电路3. 型匹配网络型匹配网络R1R2usXP1XSXP2R1R2usXP1XS1XP2XS2RinterXS = XS1+XS2型网络变成两个型网络变成两个L型网络型网络负载电阻负载电阻R2经经XP2和和XS2向左变换为中间假想电阻向左变换为中间假想电阻Rinter2 ，必满足，必满足Rinter2 R2;信源电阻信源电阻R1经经XP1和和XS1向右变换

11、为中间假想电阻向右变换为中间假想电阻Rinter1 ，必满足，必满足Rinter1 时，应选 从 端开始进行网络参数计算；当 时， ，应选从 端开始进行网络参数计算型网络的电路参数计算分两种高频电路高频电路型匹配网络参数计算型匹配网络参数计算212222210.72222221111112;11;LRRQRfQQQRfRRRXXQ RQQRQRRXXQ RQXXXinterP2S2interinterP1S1interSS1S2当 时，先定，应满足，或=2=2=R1R2usXP1XSXP2R1R2usXP1XS1XP2XS2RinterXS = XS1+XS2型网络变成两个型网络变成两个L型网

12、络型网络121111120.71112112222212;11;LRRQRfQQQRfRRRXXQ RQQRQRRXXQ RQXXXinterP1S1interinterP2S2interSS1S2当时，先定，应满足，或=2=2=高频电路高频电路型匹配网络的型匹配网络的6种电路形式和特点种电路形式和特点R1R2usXPC1XSLXPC2R1R2usXPC1XSL1XPC2XSL2RinterR1R2usXPL1XSCXPL2R1R2usXPL1XSC1XPL2RinterXSC2(a)(b)串联支路用相同性质的两个电抗串联等效串联支路用相同性质的两个电抗串联等效对信源电阻对信源电阻R1和负载电

13、阻和负载电阻R2的大小关系的大小关系没有限制没有限制-1RQRRR1大2小选 、 电阻值大（），的一端开始型网络变成两个型网络变成两个L型网络型网络型网络变成两个型网络变成两个L型网络型网络高频电路高频电路型匹配网络的型匹配网络的6种电路形式和特点种电路形式和特点R1R2usXPC1XSCXPLR1R2usXPC1XSL1XPLXSC2RinterR1R2usXPL1XSLXPCR1R2usXPL1XSC1XPCRinterXSL2(c)(d)串联支路用不相同性质的两个电抗串联等效串联支路用不相同性质的两个电抗串联等效对信源电阻对信源电阻R1和负载电阻和负载电阻R2的大小关系有限制的大小关系有

14、限制R2 R12-1QR R21先选定（），从负载一端开始计算型网络变成两个型网络变成两个L型网络型网络型网络变成两个型网络变成两个L型网络型网络高频电路高频电路型匹配网络的型匹配网络的6种电路形式和特点种电路形式和特点R1R2usXPC2XSCXPLR1R2usXPC2XSL2XPLXSC1RinterR1R2usXPCXSLXPL2R1R2usXSL1XPL2XPCRinterXSC2(e)(f)串联支路用不相同性质的两个电抗串联等效串联支路用不相同性质的两个电抗串联等效对信源电阻对信源电阻R1和负载电阻和负载电阻R2的大小关系有限制的大小关系有限制R1 R2112-1QR R先选定（），

15、从信源一端开始计算型网络变成两个型网络变成两个L型网络型网络型网络变成两个型网络变成两个L型网络型网络高频电路高频电路型匹配网络参数计算举例型匹配网络参数计算举例0.72212(2)5 1.242=8=8QffQQQQRRQQL1L网 络 的 有 载 品 质 因 数， 可 得 两 个 L型 网 络 的和的 最 大 值为； 因， 大 的应 是22222226226120=1.84611 812015.08112122225 1015.08 1.84614.76814.7680.47225 10LLRRQRXQCpFfXXQ RXLf 2222interCCinterR1R2usC1LC2R1R2

16、usXC1XL1XC2RinterXL2例例3-2 已知信源电阻已知信源电阻R1 =20，负载电阻，负载电阻R2 =120 ，工作频率，工作频率f = 5 MHz,通频带通频带1.2 MHz.设计如上图的设计如上图的型匹配网络。型匹配网络。C1C2L1L2解：解：将将L分成分成L1、L2两个电感，则两个电感，则型型匹配网络由信源端的匹配网络由信源端的L1C1和负载端的和负载端的L2C2两个两个L型网络组成。型网络组成。111111161161220113.1361,846206.3783.136114991225106.3783.1361.8465.7895.7890.184225100.18

17、40.470.654LLRQRRXQCpFfXXQ RXLfLLL11interCCinter=高频电路高频电路4. T型匹配网络型匹配网络12111PPPXXXR1R2usXPXS1XS2R1R2usXP1XS1XP2XS2RinterT 型网络变成两个型网络变成两个L型网络型网络负载电阻负载电阻R2经经XS2和和XP2向左变换为中间假想电阻向左变换为中间假想电阻Rinter2 ，必满足，必满足Rinter2R2;信源电阻信源电阻R1经经XS1和和XP1向右变换为中间假想电阻向右变换为中间假想电阻Rinter1 ，必满足，必满足Rinter1R1只要只要Rinter2= Rinter1 =

18、Rinter，此，此T型网络就完成型网络就完成R1和和 R2之间的阻抗变换，之间的阻抗变换， Rinter的选取必须同时大于的选取必须同时大于R1和和R2。2221111211RXXQRRXXQRQQinterSP2interSP1据L型网络的变换关系，由和组成的L型网络的由和组成的L型网络的、可根据匹配网络的技术要求，由设计者自定高频电路高频电路4. T型匹配网络型匹配网络12111PPPXXX21211,1RRQQRRinterinterR1R2usXPXS1XS2R1R2usXP1XS1XP2XS2RinterT 型网络变成两个型网络变成两个L型网络型网络12122122211211QQ

19、QQQR RQ QQRR RQ QQR整个T型网络的带宽由 、共同决定，但最大的 值可用来估算网络带宽。因此在设定 值时，可以根据带宽要求设定最大的那个 值。当 时， ，应选 从 端开始进行网络参数计算；当 时， ，应选 从 端开始进行网络参数计算T型网络的电路参数计算分两种高频电路高频电路T型匹配网络参数计算型匹配网络参数计算12111PPPXXX21211,1RRQQRRinterinter122122220.722222111112(1),1,111LR RQRfQQQRfRRQRXQ RXQRQRRXQ R XQXXXinterinterS22P2interinterS11P1PP1P

20、2当时，先定，应满足，或=2=2=R1R2usXPXS1XS2R1R2usXP1XS1XP2XS2RinterT 型网络变成两个型网络变成两个L型网络型网络211211110.7211111222212(1),1;,111LRRQRfQQQRfRRQRXQ RXQRQRRXQ RXQXXXinterinterS1P1interinterS22P2PP1P2当时，先定，应满足，或=2=2=高频电路高频电路T型匹配网络的型匹配网络的6种电路形式和特点种电路形式和特点R1R2usXPCXSL1R1R2usXPC1XSL1XPC2XSL2RinterR1R2usXPLXSC1XSC2R1R2usXPL

21、1XSC1XPL2RinterXSC2(a)(b)并联支路用相同性质的两个电抗串联等效并联支路用相同性质的两个电抗串联等效对信源电阻对信源电阻R1和负载电阻和负载电阻R2的大小关系的大小关系没有限制没有限制-1QRRR大小（），从 小的一端开始计算T型网络变成两个型网络变成两个L型网络型网络T型网络变成两个型网络变成两个L型网络型网络XSL2高频电路高频电路T型匹配网络的型匹配网络的6种电路形式和特点种电路形式和特点R1R2usXPCXSL2R1R2usXPL1XSC1XPC2XSL2RinterR1R2usXSL1XPLR1R2usXPC1XSL1XPL2RinterXSC2(c)(d)并联

22、支路用不相同性质的两个电抗并联等效并联支路用不相同性质的两个电抗并联等效对信源电阻对信源电阻R1和负载电阻和负载电阻R2的大小关系有限制的大小关系有限制R1 R22122-1QR RR先 定（）， 从 一 端 开 始 计 算T型网络变成两个型网络变成两个L型网络型网络T型网络变成两个型网络变成两个L型网络型网络XSC1XSC2高频电路高频电路T型匹配网络的型匹配网络的6种电路形式和特点种电路形式和特点R1R2usXPCXSL1R1R2usXPL2XSC2XPC1XSL1RinterR1R2usXSC1XSL2XPLR1R2usXSC1XPC2XPL1RinterXSL2(e)(f)并联支路用不

23、相同性质的两个电抗并联等效并联支路用不相同性质的两个电抗并联等效对信源电阻对信源电阻R1和负载电阻和负载电阻R2的大小关系有限制的大小关系有限制R2 R11211-1QRRR先选定（） ，从一端开始计算T型网络变成两个型网络变成两个L型网络型网络T型网络变成两个型网络变成两个L型网络型网络XSC2高频电路高频电路T型匹配网络参数计算举例型匹配网络参数计算举例1122223001=1= 5=750RRRQQR因T型网络，选取，选22222222622111=11+750=2500=7503501145.472210103502500357.1471250012.71300LRQRLCXQ RCpFfXLLRXQRLQR222interCCPinterinter（）（）负载端 型网络串联电容的电抗、电容值负载端 型网络并联电感的电抗信源端 型网络的R1R2usC1LC2R1R2usXC1XLP1XC2RinterXLP2例例3-3 已知已知T型网络如下图，信源电阻型网络如下图，信