微波阻抗匹配课件

1.6

阻抗匹配阻抗匹配具有二种，分别是负载阻抗匹配、源阻抗匹配(共轭阻抗匹配)。

本节内容二种匹配阻抗匹配的方法与实现1.6阻抗匹配阻抗匹配具有二种，分别是负载阻抗匹配、源阻1阻抗匹配意义：在由信号源、传输线和负载构成的微波传输系统中，一般有两个方面问题。第一，如果负载与传输线不匹配，反射波，驻波，一方面将降低传输线的功率容量，当传输功率较大，而负载与传输线之间又严重不匹配时，会使驻波比很大，从而有可能造成传输线中填充介质被击穿而形成短路，致使信号源有可能遭到破坏。另一方面，负载与传输线不匹配将增加传输线的衰减。第二，如果传输线与信号源不匹配，将会影响信号源最大功率输出，而且还会影响信号源输出功率、频率的稳定性。可见，尽量使传输系统处于或接近于行波状态是很必要的。匹配一般有两种：共轭匹配和阻抗匹配(或行波匹配)。为了使信号源输出最大功率，则要求信号源的内阻抗与传输线始端的输入阻抗互为共扼复数；这就是所谓的共轭匹配。为了使终端负载吸收全部入射功率，而不产生反射波，则要求终端负载与传输线的持性阻抗相等，即所谓的阻抗匹配。阻抗匹配意义：在由信号源、传输线和负载构成的21.阻抗匹配(impedancematching)(1)负载阻抗匹配：负载阻抗等于传输线的特性阻抗。此时传输线上只有从信源到负载的入射波，而无反射波。(2)源阻抗匹配：电源的内阻等于传输线的特性阻抗。对匹配源来说，它给传输线的入射功率是不随负载变化的，负载有反射时，反射回来的反射波被电源吸收。入射波反射波Z0ZlZg1.阻抗匹配(impedancematching)(1)3(3)共轭匹配lZ0ZlZgVgZgVgZin=Zg*即Zin=Zg*要使信号源输出最大功率，信号源内阻抗和传输线始端输入阻抗应互为共轭复数，即共轭匹配。

(3)共轭匹配lZ0ZlZgVgZgVgZin=Zg*即4设信号源内阻抗为,传输线始端输入阻抗输入端电压为Vin，输入端电流为Iin，则信号输出功率为lZ0ZlZgVgZgVgZin=Zg*设信号源内阻抗为,5

为了使信号源输出最大功率，运用数学知识有信号源和始端输入阻抗两者的电阻相等，电抗的数值相等而性质相反时，信号源输出功率最大，此时这称之为共轭匹配。

求解得：和即此时最大输出功率为为了使信号源输出最大功率，运用数学知识有信号源和始端输入6共轭匹配虽能让信号源输出最大功率，但并不能保证没有反射波反射回信号源。因为在传输线始端反射系数为显然，为了消除反射，这就需进行信号源与负载传输线之间的阻抗匹配，即需Zg=Zin。在满足阻抗匹配条件下，信号源输出功率为为了让信号源既能最大输出功率(共轭匹配)，又无反射波(阻抗匹配或行波匹配)，则必须使和共轭匹配虽能让信号源输出最大功率，但并不能保证没有反射波反射7匹配器1匹配器2负载阻抗匹配Zl=Z0信号源阻抗匹配Zg=Z0

共轭阻抗匹配Zin=Zg*

Zin=Z0因此：匹配器1匹配器2负载阻抗匹配Zl=Z0Zin=Z0因此：82.阻抗匹配的实现方法

负载匹配的方法：从频率上划分有窄带匹配和宽带匹配；从实现手段上划分有/4阻抗变换器法、支节调配法。隔离器或衰减器阻抗匹配2.阻抗匹配的实现方法负载匹配的方法：从频率上划分有窄带9(1)/4阻抗变换器匹配方法

此处接/4阻抗变换器1)负载阻抗是实数(1)/4阻抗变换器匹配方法此处接/4阻抗变换器110

阻抗变换器长度取决于波长，因此严格说它只能在中心频率点才能匹配。要展宽频带，一般用多阶梯结构实现电容性负载Z0第一个电压波节点所处的位置Z0Z0Z01l1/4Rx=Z0/Zin=Z0若是电感性负载又如何？2)负载阻抗具有实部和虚部的复数阻抗变换器长度取决于波长，因此严格说它112)负载阻抗具有实部和虚部的复数负载上并联一长度合适(可以计算出来)的短路支线(一般不用开路支线)，用以抵消负载中的电抗成分，从而使等效负载(并联短路支线和负载)变为纯电阻负载。2)负载阻抗具有实部和虚部的复数负载上并联一长度合适(可以计12(2)支节调配法(stubtuning)支节调配器是由距离负载的某固定位置上的并联或串联终端短路或开路的传输线（称之为支节）构成的。可分为单支节(single-stub)调配器、双支节(double-stub)调配器及多支节(multiple-stub)调配器。并联单支节匹配器

串联单支节匹配器

(2)支节调配法(stubtuning)支节调配器是由距13(a)串联单支节调配器

Z0ZlZ0Z0已知负载可求得反射系数l和驻波比此处为第一波腹点此处输入阻抗应等于特性阻抗(a)串联单支节调配器Z0ZlZ0Z0已知负载可求得反射系14(b)并联单支节调配器

(b)并联单支节调配器15（1）由负载阻抗求出归一化导纳并在导纳圆图上找到与它对应的点P，该点对应的反射系数的模为

(相应的驻波比为)。（2）由P点开始沿等反射系数圆顺时针方向旋转(对应于传输线上的点向波源方向移动)，与的圆相交于M和N两点，它们距终端负载的距离分别为，M和N两点对应的归一化输入导纳分别为和。（3）在处并联一个短路支线，并调节其长度，使其归一化的输入电纳为，则在处总的等效的归一化输入导纳为，于是传输线得到了匹配。

注：由于单支节匹配器在传输线上的位置d不能预先确定，需根据负载情况而定，这对于某些传输线的结构或传输系统来说，会带来不方便，这可通过双支节匹配器来解决。

（1）由负载阻抗求出归一化导纳并在导纳圆图上找到与它对应的点16(b)并联单支节调配器

Y0Y0Y0此处输入导纳应等于特性导纳此处为第一波节点(b)并联单支节调配器Y0Y0Y0此处输入导纳应等于特性17(c)多支节调配(multiple-stubtuning)单支节匹配的主要缺点是它仅能实现在点频上匹配，要展宽频带，可采用多支节结构来实现。(c)多支节调配(multiple-stubtuning)18双支节调配器双支节调配器19（1）在导纳圆图，根据双支节匹配器两支节之间距离确定辅助圆。设本匹配的双支节匹配器两支节之间距离为，那么辅助圆就和圆上所对应的点反射系数相角都分别相差如图1-6-9所示。（1）在导纳圆图，根据双支节匹配器两支节之间距离确定辅助圆。20微波阻抗匹配课件21微波阻抗匹配课件22需要说明的是，对于某些情况不能得到匹配，即双支节匹配器存在不能匹配的区域称盲区。需要说明的是，对于某些情况不能得到匹配，即双支节匹配器存在不23三支节匹配器三支节匹配器24微波阻抗匹配课件25[例1-6]设一负载阻抗为Zl=100+j50接入特性阻抗为Z0=50的传输线上。要用支节调配法实现负载与传输线匹配，试用Smith圆图求支节的长度及离负载的距离。解：首先在圆图上找到与归一化阻抗2+j相对应的点P1其归一化导纳即为0.4-j0.2，在圆图上体现为由P1点变到中心对称的P2点，P2点对应的向电源方向的电长度为0.463。0.463将P2点沿等l圆顺时针旋转与的电导圆交于A点B点AB[例1-6]设一负载阻抗为Zl=100+j50接入特性阻抗26A点的导纳为1+j1，对应的电长度为0.159，B点的导纳为1-j1，对应的电长度为0.338。（1）支节离负载的距离为

d=0.037+0.159=0.196d=0.037+0.338=0.375

（2）短路支节的长度：短路支节对应的归一化导纳为0j1和0+j1，分别与1+j1和1-j1中的虚部相抵消。由于短路支节负载为短路，对应导纳圆图的右端点。将短路点顺时针旋转至纯电纳圆（单位圆）与b=1和b=1的交点A,B，旋转的长度分别为：

l=0.375

0.25=0.125l=0.125+0.25=0.375

因此，从以上分析可以得到两组答案，它们分别是

d=0.196,，l=0.125和d=0.375，l=0.375

与用公式（1-5-21）和(1-5-22)算出的结果相同。A点的导纳为1+j1，对应的电长度为0.159，B27某天线阻抗圆图某天线阻抗圆图28某天线阻抗圆图某天线阻抗圆图29微波阻抗匹配课件301.6

阻抗匹配阻抗匹配具有二种，分别是负载阻抗匹配、源阻抗匹配(共轭阻抗匹配)。

本节内容二种匹配阻抗匹配的方法与实现1.6阻抗匹配阻抗匹配具有二种，分别是负载阻抗匹配、源阻31阻抗匹配意义：在由信号源、传输线和负载构成的微波传输系统中，一般有两个方面问题。第一，如果负载与传输线不匹配，反射波，驻波，一方面将降低传输线的功率容量，当传输功率较大，而负载与传输线之间又严重不匹配时，会使驻波比很大，从而有可能造成传输线中填充介质被击穿而形成短路，致使信号源有可能遭到破坏。另一方面，负载与传输线不匹配将增加传输线的衰减。第二，如果传输线与信号源不匹配，将会影响信号源最大功率输出，而且还会影响信号源输出功率、频率的稳定性。可见，尽量使传输系统处于或接近于行波状态是很必要的。匹配一般有两种：共轭匹配和阻抗匹配(或行波匹配)。为了使信号源输出最大功率，则要求信号源的内阻抗与传输线始端的输入阻抗互为共扼复数；这就是所谓的共轭匹配。为了使终端负载吸收全部入射功率，而不产生反射波，则要求终端负载与传输线的持性阻抗相等，即所谓的阻抗匹配。阻抗匹配意义：在由信号源、传输线和负载构成的321.阻抗匹配(impedancematching)(1)负载阻抗匹配：负载阻抗等于传输线的特性阻抗。此时传输线上只有从信源到负载的入射波，而无反射波。(2)源阻抗匹配：电源的内阻等于传输线的特性阻抗。对匹配源来说，它给传输线的入射功率是不随负载变化的，负载有反射时，反射回来的反射波被电源吸收。入射波反射波Z0ZlZg1.阻抗匹配(impedancematching)(1)33(3)共轭匹配lZ0ZlZgVgZgVgZin=Zg*即Zin=Zg*要使信号源输出最大功率，信号源内阻抗和传输线始端输入阻抗应互为共轭复数，即共轭匹配。

(3)共轭匹配lZ0ZlZgVgZgVgZin=Zg*即34设信号源内阻抗为,传输线始端输入阻抗输入端电压为Vin，输入端电流为Iin，则信号输出功率为lZ0ZlZgVgZgVgZin=Zg*设信号源内阻抗为,35

为了使信号源输出最大功率，运用数学知识有信号源和始端输入阻抗两者的电阻相等，电抗的数值相等而性质相反时，信号源输出功率最大，此时这称之为共轭匹配。

求解得：和即此时最大输出功率为为了使信号源输出最大功率，运用数学知识有信号源和始端输入36共轭匹配虽能让信号源输出最大功率，但并不能保证没有反射波反射回信号源。因为在传输线始端反射系数为显然，为了消除反射，这就需进行信号源与负载传输线之间的阻抗匹配，即需Zg=Zin。在满足阻抗匹配条件下，信号源输出功率为为了让信号源既能最大输出功率(共轭匹配)，又无反射波(阻抗匹配或行波匹配)，则必须使和共轭匹配虽能让信号源输出最大功率，但并不能保证没有反射波反射37匹配器1匹配器2负载阻抗匹配Zl=Z0信号源阻抗匹配Zg=Z0

共轭阻抗匹配Zin=Zg*

Zin=Z0因此：匹配器1匹配器2负载阻抗匹配Zl=Z0Zin=Z0因此：382.阻抗匹配的实现方法

负载匹配的方法：从频率上划分有窄带匹配和宽带匹配；从实现手段上划分有/4阻抗变换器法、支节调配法。隔离器或衰减器阻抗匹配2.阻抗匹配的实现方法负载匹配的方法：从频率上划分有窄带39(1)/4阻抗变换器匹配方法

此处接/4阻抗变换器1)负载阻抗是实数(1)/4阻抗变换器匹配方法此处接/4阻抗变换器140

阻抗变换器长度取决于波长，因此严格说它只能在中心频率点才能匹配。要展宽频带，一般用多阶梯结构实现电容性负载Z0第一个电压波节点所处的位置Z0Z0Z01l1/4Rx=Z0/Zin=Z0若是电感性负载又如何？2)负载阻抗具有实部和虚部的复数阻抗变换器长度取决于波长，因此严格说它412)负载阻抗具有实部和虚部的复数负载上并联一长度合适(可以计算出来)的短路支线(一般不用开路支线)，用以抵消负载中的电抗成分，从而使等效负载(并联短路支线和负载)变为纯电阻负载。2)负载阻抗具有实部和虚部的复数负载上并联一长度合适(可以计42(2)支节调配法(stubtuning)支节调配器是由距离负载的某固定位置上的并联或串联终端短路或开路的传输线（称之为支节）构成的。可分为单支节(single-stub)调配器、双支节(double-stub)调配器及多支节(multiple-stub)调配器。并联单支节匹配器

串联单支节匹配器

(2)支节调配法(stubtuning)支节调配器是由距43(a)串联单支节调配器

Z0ZlZ0Z0已知负载可求得反射系数l和驻波比此处为第一波腹点此处输入阻抗应等于特性阻抗(a)串联单支节调配器Z0ZlZ0Z0已知负载可求得反射系44(b)并联单支节调配器

(b)并联单支节调配器45（1）由负载阻抗求出归一化导纳并在导纳圆图上找到与它对应的点P，该点对应的反射系数的模为

(相应的驻波比为)。（2）由P点开始沿等反射系数圆顺时针方向旋转(对应于传输线上的点向波源方向移动)，与的圆相交于M和N两点，它们距终端负载的距离分别为，M和N两点对应的归一化输入导纳分别为和。（3）在处并联一个短路支线，并调节其长度，使其归一化的输入电纳为，则在处总的等效的归一化输入导纳为，于是传输线得到了匹配。

注：由于单支节匹配器在传输线上的位置d不能预先确定，需根据负载情况而定，这对于某些传输线的结构或传输系统来说，会带来不方便，这可通过双支节匹配器来解决。

（1）由负载阻抗求出归一化导纳并在导纳圆图上找到与它对应的点46(b)并联单支节调配器

Y0Y0Y0此处输入导纳应等于特性导纳此处为第一波节点(b)并联单支节调配器Y0Y0Y0此处输入导纳应等于特性47(c)多支节调配(multiple-stubtuning)单支节匹配的主要缺点是它仅能实现在点频上匹配，要展宽频带，可采用多支节结构来实现。(c)多支节调配(multiple-stubtuning)48双支节调配器双支节调配器49（1）在导纳圆图，根据双支节匹配器两支节之间距离确定辅助圆。设本匹配的双支节匹配器两支节之间距离为，那么辅助圆就和圆上所对应的点反射系数相角都分别相差如图1-6-9所示。（1）在导纳圆图，根据双支节匹配器两支节之间距离确定辅助圆。50微波阻抗匹配课件51微波阻抗匹配课件52需要说明的是，对于某些情况不能得到匹配，即双支节匹配器存在不能匹配的区域称盲区。需要说明的是，对于某些情况不能得到匹配，即双支节匹配器存在不53三支节匹配器三支节匹配器54微波阻抗匹配课件55[例1-6]设一负载阻抗为Zl=100+j50接入特性阻抗为Z0=50的传输线上。要用支节调配法实现负载与传输线匹配，试用Smith圆图求支节的长度及离负载的距离。解：首先在圆图上找到与归一化阻抗2