chap331阻抗变换器解析课件

1、1. 阻抗匹配的种类及简述？2. 概述并联单支节匹配器？复习第1页，共38页。一. 等效的依据和条件 二. 导波系统中TE、TM模的等效参量 第三章均匀导波系统等效为均匀传输线 3.4 均匀导波系统等效为均匀传输线 四. 阻抗变换器 第2页，共38页。 为了加深印象，进一步讨论共轭匹配的物理意义。首先要看到，所谓匹配仅仅是网络前端无反射波。事实上，失配负载PL始终是有反射的。因此问题的核心是要把反射的功率，再次“喂给”负载，恰如给婴孩喂食。振幅要恰当|S22|=|L|，时间要恰当，即相位22=L，才能使它“吃完”。第3页，共38页。匹配结果要求并联网络要求 枝节只能是纯电纳，要求传输系统处于等

2、于 ，要求 和 处于等 圆，而 的圆称为匹配圆第4页，共38页。已知负载反演成导纳等 圆向电源 匹配圆沿等电导圆到 采用外圆求出求出第5页，共38页。阻抗问题 阻抗问题 阻抗是传输线问题中最重要的参数之一。 第6页，共38页。阻抗问题 1阻抗变换问题 例2 典型的两个例子如表所示 第7页，共38页。1 阻抗变换器 二 匹配元件 图4.18第8页，共38页。二 匹配元件 图4.18第9页，共38页。对于图b所示的，不同特性阻抗ZC1和ZC2的二段传输线间，同样可以接一段 长特性阻抗为 的传输线来进行匹配同样可得即 线段的特性阻抗等于两段需匹配的传输线特性阻抗的几何平均值。 二 匹配元件 第10页

3、，共38页。二 匹配元件 使用中以电压波节处接入为宜。(在电压波节线上 ，去归一化 )原因：变换器的特性阻抗 小于主传输线的特性阻抗Zc另外, 阻抗变化器只能在变化器长度为的频率上才能获得完全匹配。当频率偏移时，匹配将被破坏。即工作带宽较窄。第11页，共38页。解决办法：采用两节(或多节) 阻抗变化器(宽带匹配器) 两节(或多节) 阻抗变换器是由两节(或多节)不同特性阻抗的 传输线段级联而成。图4.23为两节阻抗变换器。 分别为两节 线的特性阻抗，RL为负载，ZC为主传输线的特性阻抗。 二 匹配元件 图4.23 书图错第12页，共38页。根据 传输线的阻抗变换关系和传输线的匹配要求，可得 (4

4、.31a)(4.31b)二 匹配元件 图4.23第13页，共38页。(4.32)二 匹配元件 (4.31a)(4.31b)由式(4.31)和(4.32)联立解得 (4.33a)(4.33b)图4.23第14页，共38页。2、渐变线阻抗变换器 渐变线输入端总的反射系数in为三 阻抗变化器 第15页，共38页。 理论上讲，渐变线的长度L时，0，即S1。但工程上要求S一定时，L最小。总反射系数近似式忽略了多次反射和损耗。则由渐变线特性阻抗沿z的变化规律，即可得反射系数随频率变化的特性。，则第16页，共38页。 以一种最简单的渐变线指数线为例，指数线的特性阻抗沿线按指数规律变化，即 (4.45) 取对

5、数得 (4.46) 当z=L时有从而得 (4.47) 式中 为阻抗变换比。将 代入式(4.46)得 (4.48) 上式代入式(4.44)得 (4.49a) (4.49b) 第17页，共38页。三 阻抗变化器 图 4.28绘出了 随l变化的曲线。由图可以看出，若频率一定，随L的增加而波浪式地减小，当的整数倍时， 之后， 就变小了。若L一定，则图 4.28表示 随频率(或波长)变化的曲线，给定最大容许的反射系数值 便可从曲线上确定频带宽度。图4.28第18页，共38页。三 阻抗变化器 第19页，共38页。渐变传输线匹配器当 阻抗匹配器节数增加时，两节之间阻抗变换就较小；当节数无限多的极限情况下，就

6、变成了连续的渐变传输线。可实现较宽频带内的匹配。 渐变线：传输线横截面尺寸逐渐连续变化非均匀传输线宽频带匹配第20页，共38页。常用渐变线特性阻抗沿z的变化规律有：1）指数线型2）克洛普芬斯坦型3）指数型4）余弦平方型5.11 阻抗匹配第21页，共38页。三 阻抗变化器 例 无耗传输线特性阻抗Z0 = 105 ()，负载利用1/4波长阻抗变换线实现匹配，试求：(1) 变换线与负载之间连线上的驻波比 ，(2) 在电压波腹点处进行匹配时连线的长度l(以线上波长 p计)；(3) 变换线的特性阻抗Z01。解：(1) 变换线与负载之间连线上的驻波比 第22页，共38页。三 阻抗变化器 (2) 在电压波腹

7、点处进行匹配时连线的长度在电压波腹点处有120 2 z = 0的关系，因此有(3) 变换线的特性阻抗(3.103) 归一化(3.103)电压波腹第23页，共38页。3.4 均匀导波系统等效为均匀传输线 将电场、磁场等效为电压、电流。一 等效的依据和条件用电场积分求得了同轴线的电压波，磁场积分求得了电流波。进而定义了同轴线的特性阻抗。 一.等效的依据和条件 对于传播TE波，TM波的柱面波导，则不存在TEM波传输线上那样的单值电压波和电流波。这里将无耗单模导波系统中传播模的场与无耗均匀传输线上行波电压、电流具有的特性作一比较。第24页，共38页。无耗单模导波系统均匀传输线式中Zw代表传播模的波阻抗

8、。 由上可见，导波系统中传播模的横向电场和横向磁场类似于均匀传输线上电压和电流波的性质，据此，我们可以定义等效电压波和等效电流波分别正比于横向电场和横向磁场。一.等效的依据和条件 第25页，共38页。 根据功率正交性，传输n个模式的导波系统，等效为n对均匀传输线，如图3.25所示。 由此得出结论：将导波系统中模式的横向场量等效为路量之后，导波系统中模式的传输问题便可用等效传输线来分析。等效传输线的特性阻抗对应模式的波阻抗(对TE10模常取等效特性阻抗)，传播常数为相应模式的传播常数。分布参数电路理论的基本结论和圆图均可应用于等效传输线。二 导波系统中TE、TM模的等效参量 图3.25第26页，

9、共38页。三.均匀传输线等效为长线的具体做法(补) 顾继慧附录第27页，共38页。例3.6 一段传输主模的矩形波导，如图3.26上图所示。 ，终端接匹配负载，其中长d=0.5cm的一段波导内填充聚四氟乙烯(r=2.1)介质，其余部分填充空气。设导体、介质均无耗。试求当f=10GHz时，介质左面波导内的驻波系数S和驻波相位lmin。图3.26二 导波系统中TE、TM模的等效参量 第28页，共38页。解 该矩形波导段的等效电路如图3.26右图所示。二 导波系统中TE、TM模的等效参量 图3.26在空气填充区域第29页，共38页。在介质填充区域二 导波系统中TE、TM模的等效参量 第30页，共38页

10、。等效电路的段负载阻抗为 在圆图上找出 的对应点A为(如图3.27所示)，固定O点将OA顺转0.215电长度到OB(即A点沿等S圆上移动到B点)。读出B点的归一化阻抗 为归一化值为 去归一化 是等效电路中bc段的负载阻抗，将它对Zc归一化得 第31页，共38页。在圆图上找出 的对应点的C点，以O为圆心OC为半径作等S圆与Umax线交于D点，与Umin交于E点，由点D读 值得由E、C两点的电长度之差得去归一化 二 导波系统中TE、TM模的等效参量 第32页，共38页。一、研究微波系统的方法研究微波系统的方法：1)电磁场理论的方法应用麦克斯韦方程组，结合系统边界条件，求解出系统中电磁场的空间分布，

11、从而得出其工作特性。2) 网络理论的方法 把一个微波系统用一个网络来等效，从而把一个本质上是电磁场的问题化为一个网络的问题，然后利用网络理论来进行分析，求解出系统各个端口之间信号的相互关系。第33页，共38页。网络理论的方法是近似的，它采用网络参量来描述网络的特性，它仅能得出系统的外部特性，而不能得出系统内部区域的电磁场分布。 采用网络理论的优点是网络参量可以测定，而且网络理论比电磁场理论更容易被理解和掌握。实际上电磁场理论、网络理论及实验分析三者是相辅相成的，实际中应根据所研究的对象，选取适当的研究方法。电磁场理论的方法是严格的，原则上是普遍适用的，但是其数学运算较繁，仅对于少数具有规则边界和均匀介质填充的问题才能够严格求解。第34页，共38页。3.15 已知传输线上某一点归一化阻抗 ，试用圆图计算：(1)由该点起向负载方向移动电长度