强大三下微波课件copy chap01-1

1、1.6阻抗匹配一、阻抗匹配的概念二、阻抗匹配的重要性三、阻抗匹配的方法一、阻抗匹配的概念匹配是微波传输系统中的一个很重要的概念信号源传输线负载ZgZL=ZinZcEg 不同于低频电路，对于一个由信号源、传输线和负载三个部分组成的微波传输系统，为了将信号源的功率和信息能高效率、不失真地传送到负载，必须考虑阻抗匹配阻抗匹配通常包含两个方面的含义：一方面， 如何才能使负载从信号源得到最大的功率，另一方面，如何才能消除传输线上的反射波三种阻抗匹配（对应传输线上三种不同的匹配状态）考虑：均匀无耗线一、阻抗匹配的概念AZc三种阻抗匹配状态Zg=ZinZL Eg负载阻抗匹配ZLZc“行波匹配”A传输线上只有

2、从信号源到负载的入射波而无反射波，源阻抗匹配ZgZc传输线和信号源是匹配的，这种信号源称为“匹配源”，即使负载阻抗不匹配，负载的反射波也将被匹配源所吸收，始端不再产生新的反射源共轭匹配ZinZg*信号源输出功率最大(证明)上述三种匹配都涉及到各种阻抗之间的关系，因此统称为阻抗匹配使微波电路或系统无反射、使系统处于行波或尽量接近行波状态的技术措施ZinZg*时，信号源输出功率最大A设信号源内阻抗为Zg，电压为Eg，等效负载Zin。Zg则负载得到的功率为=ZinRinjXinEg ReI* *PURIIiiiEgAIiZZ2EgingRin2E gZZing2RindP 0R(由)22X)R( X

3、dRRinRg时，输出功率最大gingin给定Eg、Zg，当XgXin0时，上式分母最小，对应功率最大2E2EgPmaxgP R4 R ginR )2(Rgin要使负载得到最大功率，必须使ZinRinXinRg-jXgZg*二、阻抗匹配的重要性信号源共轭匹配时，信号源可以输出最大功率尽量使传输系统处于或接近行波状态是很必要的匹配负载可以从匹配源输出功率中吸收最大功率；传输线中的功率损耗最小、传输效率最高；传输线功率容量最大。o 阻抗失配时传输大功率信号易导致击穿；信号源可能被破坏。行波状态时信号源工作稳定避免频率牵引和输出功率变化匹配源的输出功率是固定不变的阻抗匹配的方法*阻抗匹配：ZLZc、

4、ZgZc、 ZinZg只有当ZgZLZC都为纯电阻时，才能同时实现匹配。但Zg和Zl一般为复阻抗，无耗传输线ZC为纯阻抗，很难同时满足匹配为实现匹配一般在信号源和终端负载处分别加始端和终端匹配装置（一）信号源端的阻抗匹配一般采用去耦衰减器或器以实现信号源端匹配（吸收反射波）前者使被信号源再反射的二次反射波由于两次通过衰减器，已微不足道。但也会消耗输往负载的入射功率，不适合大功率微波源。后者是一个非互易器件，只允许入射波通过而吸收掉反射波，即保证了功率的有效传输，又可消除信号源的内反射，匹配源传输线始端匹配装置终端匹配装置ZgZLZingZCEg阻抗匹配的方法 （二） 终端负载的阻抗匹配方法一方

5、面应正确设计负载元件使其阻抗尽量接近传输线的特性阻抗另一方面在传输线与负载之间加入匹配元件，使匹配装置输入端ZinZc。使从阻抗变换器的输入端开始向信号源的传输线上无反射波从频率上划分:传输线窄带匹配宽带匹配始端匹配装置终端ZgZZZ=匹配装置LCinEg从实现上划分：/4阻抗变换器法支节调配法利用并联/串联电抗性元件进行匹配其他要求： 简单易行；频带宽；匹配器可调，以适应不同负载；本身不能有功率损耗或附加损耗小，应由电抗元件；三、阻抗匹配的方法(一)/4阻抗变换器法原理：利用/4传输线的阻抗变化作用l 44Z jZtan lZ 2Z(l ) Z(l) ZC LCininCZ jZtan lZ

6、LCL(1) 负载阻抗ZLRL ZC 为纯电阻时在终端与主传输线（特性阻抗为ZC ）之间串联一段长为/4/特性阻抗为ZC1的传输线为实现匹配，使ZinZCZC1Z 2由：Zin (l ) ZCC1ZZZ= =L4ZCinL/4ZC、ZC1应为实数，ZL应为实阻抗，？ZL为复阻抗怎么办三、阻抗匹配的方法(一)/4阻抗变换器法(2) 负载阻抗 ZLRL+jXL为复阻抗时若仍利用/4线进行阻抗匹配，则需先变换为实阻抗。法1：将/4线接于主传输线中的电压波节点或波腹点处 电压波节点或波腹点处,Zin=ZC/s或ZinsZC为纯电阻法2：将/4线仍接在终端，但在终端再并联长为l的短路线等确定长度l：使特

7、性阻抗为ZC2，长度为l的短路线的输入阻抗等于-jXL，抵消负载中的电抗部分jXL，使终端等效负载为纯电阻性的(3) 只能调配一个频率点，属于窄带阻抗匹配欲扩展工作频宽，可采用多级/4阻抗调配器lZC2ZCZLZLZin = =ZC1/4ZCZC1ZCZin =/4d三、阻抗匹配的方法（一）/4阻抗变换器法， 例题1例1： 传输线 ZC75，终端接负载ZL(150j300) 用/4变换器进行匹配，求：接入位置d及传输线Zc1解：利用圆图(1)归一化负载阻抗 zL=ZL/ZC=2+j4对应A点，电长度为：0.218找波腹点B或波节点C可读得s11求所接/4传输线的Zc1(2)(3)Zc sZC

8、ZCZc ZC / s ZC(Zc1 )Rs 249Zc Rmaxmax0.218Zc1 Rmins 22.6Zc Rmin/A(4) 求接入位置dCB波腹处：dmax(0.25-0.218)=0.032波节处：dmin(0.50-0.218)=0.282实际应用中应选择两组解中易实现的一组ZCZC1ZCZin =/4d三、阻抗匹配的方法（一）/4阻抗变换器法， 例题1利用公式计算接入位置d及传输线Zc1ACBZCZC1ZCZin =/4d三、阻抗匹配的方法(二)利用并联电抗性元件进行匹配的支节调配器支节调配器法：在主传输线上某位置并联或串联长度可调的短路线（或开路线）进行阻抗调配的方法。它是

9、通过附加反射来抵消传输线上原存在的反射波达到匹配的目的。常用并联电抗性元件的方法。 支节调配器：是由距离负载的某位置上的并联或串联终端短路或开路的传输线（又称支节）的。支节数可以是一条、两条、三条或。(1)单株线调配器、(2)双株线调配器、(3)三株线调配器。lZL三、阻抗匹配的方法并联支节调配器法支节调配器的具体结构形式因传输线的类型和结构不同而异 双导线或同轴线：可用一长度可调、终端短路的双导线或同轴线 波导：可用的膜片、销钉、螺钉等等三、阻抗匹配的方法并联支节调配器法(1)单株线调配器d在主传输线上距负载d处，并联一长度为l的短路（或开路）支节ZLBAl工作原理在距离负载d（d/2）处的

10、线上总可d以找到归一化导纳为y =1+jb 的点；11（由此可确定d）在该处并联一个归一化电纳y2=-jb1（由此可确定l）可实现与主传输线的匹配，y=y1+y2=1用导纳圆图说明jBZLS1三、阻抗匹配的方法并联支节调配器法(1) 单株线调配器归一化负载阻抗zL，对应A点沿反射系数圆旋转到g1的等电导圆上，相交于B和B点，（由此可确定接入位置d）对应导纳为y1+jb和y1-jb调节并联电纳支路的长度，使对应的归一化导纳为-jb 或+jb （由此可确定支节长l）AB达到匹配点y=1B 存在两个解,可根据距离终端近，所需匹配短路支节的线短来选取三、阻抗匹配的方法并联支节调配器法(1) 单株线调配

11、器串联短路线与并联短路线的计算方法完全，只是计算应当在阻抗圆图上进行理论上：若d在/2范围内可变化，B2可在间任意调节则可对任何有耗负载进行调配缺点：窄频带匹配，当工作频率变化时，d和l都需重新调节负载不同，d和l都需要改变。调节d，意味着并联短接线要在传输线上移动。若接触不良会使损耗增大，在大功率情况下还会引起跳火，在同轴线和波导等结构中，也不方便实现移动若固定d，只调节l，一般情况下不可能完全匹配，这时需要再接一个长度可调节的支节以弥补可调量不够的缺陷。因此一般采用在传输线上位置固定的双株线调配器和三株线调配器三、阻抗匹配的方法并联支节调配器法(2) 双株线调配器d2d1距负载两个固定的位

12、置处各并联一个短路线（或开路线）支节ZL固定d1和d2，d2一般取/8,/4或3/8，但不能选/2否则相当于一个固定位置的单支l2l1ZL调节l 1，l2d2d1节jB2jB1BBAA三、阻抗匹配的方法并联支节调配器法 双株线调配器工作原理(假设已匹配,倒推)yB1支路1为电纳支路，所以yB1jb B必在g1的电导圆上从B到A，对应等反射系数圆上顺时针旋转2d24d2/.A应在由g1的电导圆沿顺时针旋转（例如d2/8时，对应旋转90度）A点的导纳不一定在该辅助圆上，调节电纳支路2，使A落在辅助圆上所得的辅助圆上BABZLAd2d1jB2jB1BBAA三、阻抗匹配的方法并联支节调配器法 双株线调

13、配器步骤根据d2确定辅助圆归一化负载 yL,对应A点调节电纳支路1，改变电纳，沿等电导圆旋转，与辅助圆相交于B沿等反射系数圆旋转到与g1的等电导圆相交的B点调节电纳支路2，改变电纳，沿等电导圆g1旋转到匹配点B可能有两组解B缺点：窄带、存在死区ABZLAd2d1jB2jB1BBAA三、阻抗匹配的方法并联支节调配器法 双株线调配器缺点：存在死区，某些情况得不到匹配死区：与辅助圆相切的等G圆若A点在盲区内，其等G圆也在盲区内，与辅助圆无交点，无论如何调节支路1，也不可能沿等电导圆到达辅助圆ZL只适用于匹配由负载产生的驻波比较小的传输死区死区d2 /8 和3/8时d2/4时d2d1jB2jB1线系统BBAA三、阻抗匹配的方法并联支节调配器法(3) 三株线调配器d3d2d1距负载三个固定的位置处，各并联一个短路线（或开路线）支节通常取d3d2/4 （或/8）调节调节l 1，l2 ，l3实际上可看作两组双株线调配器的组合jBjBjBZ1L32BBAACC支节1和支节2是一组，支节2和支节3是另一组若A不在死区内，支节3可以不用或取为/4，仍由支节1和支节2调配若A落入死区内支节1可以不