第1章 阻抗匹配(新1.5)

丁霄博士电子科技大学应用物理所xding@微波技术基础第一章传输线理论§1.1传输线方程§1.2传输线上的基本传输特性§1.3无耗线工作状态分析

§1.4史密斯圆图

§1.5阻抗匹配

附：本章科技英语词汇第一章传输线理论§1.1传输线方程§1.2传输线上的基本传输特性§1.3无耗线工作状态分析

§1.4史密斯圆图

§1.5阻抗匹配

附：本章科技英语词汇§1.5阻抗匹配1．阻抗匹配概念(impedancematch)阻抗匹配：是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。1）阻抗匹配的重要性l匹配时传输给传输线和负载的功率最大，馈线中的功率损耗最小；l阻抗失配时传输大功率信号易导致击穿；l阻抗失配时反射波会对信号源产生频率牵引作用，使信号源工作不稳定，甚至不能正常工作。其重要性：在传输系统中一般情况下：2）阻抗匹配问题①负载与传输线之间的阻抗匹配，ZL=Z0方法：在负载与传输线之间接入匹配装置，在匹配装置处的Zin=Z0（传输线的特性阻抗）。目的：负载端无反射。实质：人为产生一反射波，与实际负载的反射波相抵消。在源端和负载端均有反射。Zin=Z0②信号源与传输线之间

的阻抗匹配a.信号源与负载线的匹配目的：信号源端无反射条件：*选择负载阻抗ZL或传输线参数βl,Z0,使Zin=Zg；

*

如果负载端已匹配，则应使Zg=Z0；方法：在信号源与传输线之间接入匹配装置实际情况：负载端总有反射，用隔离器吸收反射信号，使信号源稳定工作。ZinZing②信号源与传输线之间

的阻抗匹配b.信号源的共轭匹配目的：信号源传送给负载的功率最大条件：选择Zin，使得Zin=Zg*

；或Rin=Rg，Xin=-Xg方法：在信号源与传输线之间接入匹配装置ZinZing2．负载阻抗匹配方法负载与传输线之间的阻抗匹配，ZL=Z0方法：在负载与传输线之间接入匹配装置，在匹配装置处的Zin=Z0（传输线的特性阻抗）。目的：负载端无反射。Zin(1)集总元件L节匹配网络在1GHz以下，可以采用两个电抗元件组成的L节网络来使任意负载阻抗与传输线匹配。L网络的可能结构，如下：(1)集总元件L节匹配网络电容/电感即，有八种可能存在的L节匹配网络(1)集总元件L节匹配网络zL=ZL/Z0

在1+jx圆内用zL=ZL/Z0

在1+jx圆外用例题1-5-1设计一L节匹配网络，在500MHz,使得负载阻抗与特性阻抗的传输线匹配。匹配网络例题1-5-1解：由于例题1-5-1解：由于在1+jx圆内，故而例题1-5-1解：由于匹配网络中，靠近负载的原件是并联电纳，故而，需要将归一化负载阻抗转换成归一化负载导纳解：导纳圆1+jbj0.3导纳圆1+j0.5j1.2例题1-5-1由圆图知：并联了j0.3电抗串联了j1.2电抗如图：应用λ/4线段的阻抗变换性：匹配时应有：Zin=Z0则λ/4线的特性阻抗应为：特点：简单、实用使用范围：实负载阻抗与传输线匹配。(2)λ/4变换器已知：；求：用λ/4变换器进行匹配的位置d及。解：已知在电压最小点和电压最大点输入阻抗为纯电阻，故此阻抗匹配器应在此点接入。例1-5-2:向电源方向最近的为

点，；；相对应dZ0ZL该点的阻抗为：即则则阻抗转换器的接入位置：dZ0ZL(3)支节调配器支节调配器是在距离负载某固定位置上并联或串联终端短路或开路的传输线段构成。常用并联调配支节。支节数可以是一条、两条、三条或更多。

匹配对象：任意负载其中

调节参数：枝节距负载距离d和枝节长度l。分析枝节匹配的方法均采用倒推法——由结果推向原因。

另外，由于短路枝节并联，我们全部采用导纳更为方便。并联网络关系有分析：结果要求且利用和系统的|Γ|不变性，沿等|Γ|圆转到。专门把的圆称为匹配圆。例：Z0=50Ω，ZL=25+j75Ω，无耗线，求单支节短路并联匹配的位置d和长度l。AB分析：应使在C点之后反射波为零C点：并联之后的归一化导纳yC=y1+y2=1。

由于y2=jb2(短路支节)B点：在并联前应为yB=y1=yC-y2=1-jb2。同时，负载导纳yL经d的距离后应为y1=1-jb2;由于传输线无耗，故在线上为沿等G圆旋转，选择d，使y1=1-jb2。C解：①归一化负载阻抗：阻抗圆图上此点相应的归一化负载导纳为：

yL=0.2-j0.6其对应的向电源波长数为：

0.412向电源0.412波长例：Z0=50Ω，ZL=25+j75Ω，无耗线，求单支节短路并联匹配的位置d和长度l。AB分析：应使在C点之后反射波为零C点：并联之后的归一化导纳yC=y1+y2=1。

由于y2=jb2(短路支节)B点：在并联前应为yB=y1=yC-y2=1-jb2。即r=1的圆。同时，负载导纳yL经d的距离后应为y1=1-jb2;由于传输线无耗，故在线上为沿等G圆旋转，选择d，使y1=1-jb2。C②波长数为0.192波长数为0.308由yL沿等

圆顺时针旋转寻找与r=1的圆的交点

ABC等反射系数圆波长数为0.192波长数为0.308③支节的位置为

例：Z0=50Ω，ZL=25+j75Ω，无耗线，求单支节短路并联匹配的位置d和长度l。AB分析：应使在C点之后反射波为零C点：并联之后的归一化导纳yC=y1+y2=1。

由于y2=jb2(短路支节)B点：在并联前应为yB=y1=yC-y2=1-jb2。即r=1的圆。同时，负载导纳yL经d的距离后应为y1=1-jb2;由于传输线无耗，故在线上为沿等G圆旋转，选择d，使y1=1-jb2。C④短路支节的归一化输入电纳为波长数为0.182波长数为0.318⑤求短路支节的长度：短路时yL2=∞,位于实轴右端点，

lL2=0.25由此点至支节归一化电纳点（y2或y2’顺时针所旋转的波长数即为短路支节的长度）课堂练习Z0=50Ω，ZL=25+j75Ω，无耗线，求单支节短路并联匹配的位置d和长度l。Z0=400Ω，ZL=1600+j800Ω，无耗线，用Z01=200Ω的短路枝节进行匹配，求支节的位置d和长度l。双支节匹配网络AB

单支节调配器中因要求d可调，对于同轴线、波导等结构中较难调。故常采用双支节调配器。一般为并联支节。

两支节之间的距离d=λ/8,λ/4,3λ/8(注意不能选取λ/2)，不可调；两支节长度为l1和l2，可调节。匹配对象：任意负载调节参数：双枝节长度l１和l２

假定已经匹配，则十分明显，在匹配圆轨迹,通过传输线(也即向负载方向转90°)，构成轨迹。(在双枝节匹配中,专门称为辅助圆)。

也即，将按等圆旋转到辅助圆上，由此算出。

同轴双支节匹配器中Z0=50Ω,ZL=100+j50Ω,d1=λ/8,d2=λ/8，求支节长度l1和l2。例:d1d2ABC分析：C点：应在并联电纳后归一化阻抗为ZC=1。在并联前应为ZC0=1+jb2B点：并联后的阻抗ZB与ZC0的关系为经一段传输线d2的距离（辅助圆）。并联前的阻抗ZB0为负载阻抗经d1的距离所得到的值。解：1)归一化负载阻抗其相应的归一化导纳为其对应的波长数为

0.463。d1d23)做辅助圆：B点的轨迹应在辅助圆上。其对应波长数为0.088。2)则在d1点处的输入导纳应为：沿等r圆顺时针旋转d1=λ/8得到yL，d1d2则第一个支节的长度为以yL沿等gL=0.5的圆旋转交辅助圆于y1=0.5+j0.14；于是第一个并联电抗应为：jb1=j0.14-j0.5=-j0.36；并联电抗jb1所对应的电长度为(圆图)0.445λ；由于短路支节的电长度为0.25λ；l1=(0.445-0.25)λ=0.195λd1d2二匹配元件

4)以y1沿等Γ圆顺时针旋转λ/8得到y2=1+j0.72，注意：有两对解，一般选择较短的一对解答。则第二个电抗值应为：

jb2=-j0.72则第二支节的长度为(jb２在圆图上的位置)l２=(0.405-0.25)λ

=0.155λd1d2二匹配元件

禁区如当d2=λ/8时，如果yL落在g>2的阴影圆内，则沿等gL圆旋转不可能与辅助圆有交点，则不能获得匹配。同理,如当d1=λ/4，yL落在g>1圆内也得不到匹配。――为克服此缺点，可用三支节或四支节调配器。在此区域内得不到匹配d1d2第一章传输线理论§1.1传输线方程§1.2传输线上的基本传输特性§1.3无耗线工作状态分析

§1.4史密斯圆图

§1.5阻抗匹配

附：本章科技英语词汇第一章传输线理论§1.1传输线方程§1.2传输线上的基本传输特性§1.3无耗线工作状态分析

§1.4史密斯圆图

§1.5

阻抗匹配

附：本章科技英语词汇本章科技英语词汇TransmissionLineLongLine/ShortLineCharacteristicImpedance/AdmittancePropagationConstantAttenuationConstant/PhaseConstantInputImpeda