传输线匹配与阻抗圆图

1、电磁场、微波技术电磁场、微波技术与天线与天线许 明 妍北教6-2-5 传输线匹配与阻抗圆图2电磁场、微波技术与天线n传输线的匹配 阻抗变换 阻抗调配n阻抗圆图本节主要内容2-5 传输线匹配与阻抗圆图3电磁场、微波技术与天线 改善传输线的工作状态，就是使传输线与其负载匹配。匹匹配的原理是产生一种新的反射波来抵消原来的反射波。配的原理是产生一种新的反射波来抵消原来的反射波。1.1.阻抗变换阻抗变换 由传输线输入阻抗计算式可知，当传输线长d为四分之一波长时 LpinZZZ204称为四分之一波长线的阻抗变换性。传输线的匹配2-5 传输线匹配与阻抗圆图4电磁场、微波技术与天线若负载为纯阻，即ZL=RL时

2、，四分之一波长传输线段就把RL转换成另一纯阻Z02/RL。选择合适的Z0值，可使Z02/RL与前接信源的传输线波阻抗Z01相等，那么来自信源的入射波到达 AA 界面时将不产生反射波，从而实现了传输线与负载的匹配。 01ZZinLinRZZ20LRZZ010inZ2-5 传输线匹配与阻抗圆图5电磁场、微波技术与天线 四分之一波长阻抗变换匹配方法只适合于无耗传输线（波阻抗Z0为纯阻）和纯阻负载的情况。若负载不是纯阻，仍然可以用四分之一波长线实现匹配：1.1.由负载端向前（向信源方向）在电压波节或波腹处接入四分由负载端向前（向信源方向）在电压波节或波腹处接入四分之一波长线，因为无损耗线电压波腹或波节

3、处的输入阻抗为纯之一波长线，因为无损耗线电压波腹或波节处的输入阻抗为纯阻性。阻性。2. 2. 直接在负载上串、并终端开路或短路线来抵消负载的电抗，直接在负载上串、并终端开路或短路线来抵消负载的电抗，因为它们输入端呈纯电抗，且改变其长度即可改变电抗极性和因为它们输入端呈纯电抗，且改变其长度即可改变电抗极性和量值。量值。 2-5 传输线匹配与阻抗圆图6电磁场、微波技术与天线 四分之一波长线阻抗变换四分之一波长线阻抗变换是利用了传输线上的波长关系，严格地讲这只对一个频率只对一个频率f f0 0是准确的是准确的，可以实现理想匹配。当信源频率改变时匹配将被破坏，传输线上反射系数将增大。 如要展宽其工作频

4、带，可采用多个四分之一波长阻抗变换如要展宽其工作频带，可采用多个四分之一波长阻抗变换器梯接（级联）方式，或渐变式阻抗变换器来实现。器梯接（级联）方式，或渐变式阻抗变换器来实现。 2-5 传输线匹配与阻抗圆图7电磁场、微波技术与天线2. 2. 阻抗调配阻抗调配 对于终端接有负载阻抗ZL，波阻抗为Z0的无耗传输线，线上不同位置处的输入阻抗Zin(d)是不同的，此式可以写为 )(j)(tgjtgj)(000dXdRdZZdZZZdZLLin 经过对给定的不同d值计算，总可以找到一个这样的位置d，在该位置处R(d)=Z0，即 )(j)(*0*dXZdZin 在在d d位置处串入与位置处串入与X X(

5、(d d) )等值反极性的电抗等值反极性的电抗X X( (d d) )或并或并入相应的电纳，可以使入相应的电纳，可以使j jX X( (d d) )被抵消，则被抵消，则d d位置处的输入阻位置处的输入阻抗即为纯阻且等于传输线波阻抗抗即为纯阻且等于传输线波阻抗Z Z0 0，从而实现了传输线与其负，从而实现了传输线与其负载的匹配。载的匹配。2-5 传输线匹配与阻抗圆图8电磁场、微波技术与天线阻抗圆图阻抗圆图由阻抗圆图由等反射系数圆等反射系数圆族、等电阻圆族、等电阻圆族、等电抗圆族、等电抗圆族及等相位线族及等相位线族组成。族组成。2-5 传输线匹配与阻抗圆图9电磁场、微波技术与天线阻抗圆图上特殊的点

6、、线及点的移动 1, 0RX1)( RdZ 1. 阻抗圆图上有三个特殊的点阻抗圆图上有三个特殊的点即 显然这表示匹配，即行波状态匹配，即行波状态。圆图上越靠近原点的点，反射系数的模值越小，也就越接近匹配状态。 ,则Zin(d)=Z0，(d)=0，（1 1）坐标原点）坐标原点（0 0，0 0），），（2 2）点）点(1,0)(1,0)，开路点，开路点，, 0, 1)(d1S表示全反射即驻波状态全反射即驻波状态。 为零表示在此位置，反射波电压与入射波电压同相位，因此是电压波腹（电流的波节）位置电压波腹（电流的波节）位置。该点处 ，XR,)()()(00XjRZdZZdZinS2-5 传输线匹配与阻

7、抗圆图10电磁场、微波技术与天线(d)=1, = ，0, 0XR在此点处为全反射即驻波状态全反射即驻波状态。为表示反射波电压与入射波电压反相位，因此这一位置处是电压波节（电流波腹），电压波节（电流波腹），其阻抗应该是零。 显然（3 3）点）点(-1, 0)，短路点，短路点，2-5 传输线匹配与阻抗圆图11电磁场、微波技术与天线0RR它也是(d)=1和是全反射，故称之为驻波圆驻波圆。 为零表示此圆上各点阻抗的圆。此圆上各点因(d)=1为纯电抗纯电抗，这也是传输线驻波状态时的特征。（1 1）单位圆（纯电抗轨迹、全反射系数圆的轨迹）单位圆（纯电抗轨迹、全反射系数圆的轨迹） 2. 阻抗圆图上的两个圆和

8、阻抗圆图上的两个圆和一条直线一条直线1R1R00)(ZRZdR1R（2 2） 的圆（匹配时调配的轨迹）的圆（匹配时调配的轨迹）输入阻抗输入阻抗的实部的实部。所以传输线调配是很重要的。 ，即表示其与传输线对应即表示其与传输线对应位置上位置上的圆对圆上各点都是2-5 传输线匹配与阻抗圆图12电磁场、微波技术与天线0, 1XRA. + +u u 轴轴上各点0(d)1, = 0，是行驻波状态时电压波腹位置的集合电压波腹位置的集合。此线段上点表示输入阻抗为输入阻抗为当 = 0时 RSRR即电压波腹点上的归一化电阻值等于驻波比S，因此阻抗圆的标数就是驻波比S的值。 圆图上+u轴上 B. - -u u轴轴上的点0(d)1, = ，是行驻波状态纯阻纯阻，且R(d)Z0。表示输入阻抗为输入阻抗为2-5 传输线匹配与阻抗圆图13电磁场、微波技术与天线3. 阻抗圆图上点的移动阻抗圆图上点的移动 阻抗圆图上一点，在以该点到原点的距离为半径，以原以原点为圆心的圆上顺时针移动，表示在传输线上相应的位置处点为圆心的圆上顺时针移动，表示在传输线上相应的位置处向信源方向移动向信源方向移动。