傳輸線匹配與阻抗圓圖

1、電磁場、微波技術電磁場、微波技術與天線與天線許 明 妍北教6-2-5 傳輸線匹配與阻抗圓圖2電磁場、微波技術與天線n傳輸線的匹配 阻抗變換 阻抗調配n阻抗圓圖本節(jié)主要內容2-5 傳輸線匹配與阻抗圓圖3電磁場、微波技術與天線 改善傳輸線的工作狀態(tài)，就是使傳輸線與其負載匹配。匹匹配的原理是產生一種新的反射波來抵消原來的反射波。配的原理是產生一種新的反射波來抵消原來的反射波。1.1.阻抗變換阻抗變換 由傳輸線輸入阻抗計算式可知，當傳輸線長d為四分之一波長時 LpinZZZ204稱為四分之一波長線的阻抗變換性。傳輸線的匹配2-5 傳輸線匹配與阻抗圓圖4電磁場、微波技術與天線若負載為純阻，即ZL=RL時

2、，四分之一波長傳輸線段就把RL轉換成另一純阻Z02/RL。選擇合適的Z0值，可使Z02/RL與前接信源的傳輸線波阻抗Z01相等，那么來自信源的入射波到達 AA 界面時將不產生反射波，從而實現了傳輸線與負載的匹配。 01ZZinLinRZZ20LRZZ010inZ2-5 傳輸線匹配與阻抗圓圖5電磁場、微波技術與天線 四分之一波長阻抗變換匹配方法只適合于無耗傳輸線（波阻抗Z0為純阻）和純阻負載的情況。若負載不是純阻，仍然可以用四分之一波長線實現匹配：1.1.由負載端向前（向信源方向）在電壓波節(jié)或波腹處接入四分由負載端向前（向信源方向）在電壓波節(jié)或波腹處接入四分之一波長線，因為無損耗線電壓波腹或波節(jié)

3、處的輸入阻抗為純之一波長線，因為無損耗線電壓波腹或波節(jié)處的輸入阻抗為純阻性。阻性。2. 2. 直接在負載上串、并終端開路或短路線來抵消負載的電抗，直接在負載上串、并終端開路或短路線來抵消負載的電抗，因為它們輸入端呈純電抗，且改變其長度即可改變電抗極性和因為它們輸入端呈純電抗，且改變其長度即可改變電抗極性和量值。量值。 2-5 傳輸線匹配與阻抗圓圖6電磁場、微波技術與天線 四分之一波長線阻抗變換四分之一波長線阻抗變換是利用了傳輸線上的波長關系，嚴格地講這只對一個頻率只對一個頻率f f0 0是準確的是準確的，可以實現理想匹配。當信源頻率改變時匹配將被破壞，傳輸線上反射系數將增大。 如要展寬其工作頻

4、帶，可采用多個四分之一波長阻抗變換如要展寬其工作頻帶，可采用多個四分之一波長阻抗變換器梯接（級聯）方式，或漸變式阻抗變換器來實現。器梯接（級聯）方式，或漸變式阻抗變換器來實現。 2-5 傳輸線匹配與阻抗圓圖7電磁場、微波技術與天線2. 2. 阻抗調配阻抗調配 對于終端接有負載阻抗ZL，波阻抗為Z0的無耗傳輸線，線上不同位置處的輸入阻抗Zin(d)是不同的，此式可以寫為 )(j)(tgjtgj)(000dXdRdZZdZZZdZLLin 經過對給定的不同d值計算，總可以找到一個這樣的位置d，在該位置處R(d)=Z0，即 )(j)(*0*dXZdZin 在在d d位置處串入與位置處串入與X X(

5、(d d) )等值反極性的電抗等值反極性的電抗X X( (d d) )或并或并入相應的電納，可以使入相應的電納，可以使j jX X( (d d) )被抵消，則被抵消，則d d位置處的輸入阻位置處的輸入阻抗即為純阻且等于傳輸線波阻抗抗即為純阻且等于傳輸線波阻抗Z Z0 0，從而實現了傳輸線與其負，從而實現了傳輸線與其負載的匹配。載的匹配。2-5 傳輸線匹配與阻抗圓圖8電磁場、微波技術與天線阻抗圓圖阻抗圓圖由阻抗圓圖由等反射系數圓等反射系數圓族、等電阻圓族、等電阻圓族、等電抗圓族、等電抗圓族及等相位線族及等相位線族組成。族組成。2-5 傳輸線匹配與阻抗圓圖9電磁場、微波技術與天線阻抗圓圖上特殊的點

6、、線及點的移動 1, 0RX1)( RdZ 1. 阻抗圓圖上有三個特殊的點阻抗圓圖上有三個特殊的點即 顯然這表示匹配，即行波狀態(tài)匹配，即行波狀態(tài)。圓圖上越靠近原點的點，反射系數的模值越小，也就越接近匹配狀態(tài)。 ,則Zin(d)=Z0，(d)=0，（1 1）坐標原點）坐標原點（0 0，0 0），），（2 2）點）點(1,0)(1,0)，開路點，開路點，, 0, 1)(d1S表示全反射即駐波狀態(tài)全反射即駐波狀態(tài)。 為零表示在此位置，反射波電壓與入射波電壓同相位，因此是電壓波腹（電流的波節(jié)）位置電壓波腹（電流的波節(jié)）位置。該點處 ，XR,)()()(00XjRZdZZdZinS2-5 傳輸線匹配與阻

7、抗圓圖10電磁場、微波技術與天線(d)=1, = ，0, 0XR在此點處為全反射即駐波狀態(tài)全反射即駐波狀態(tài)。為表示反射波電壓與入射波電壓反相位，因此這一位置處是電壓波節(jié)（電流波腹），電壓波節(jié)（電流波腹），其阻抗應該是零。 顯然（3 3）點）點(-1, 0)，短路點，短路點，2-5 傳輸線匹配與阻抗圓圖11電磁場、微波技術與天線0RR它也是(d)=1和是全反射，故稱之為駐波圓駐波圓。 為零表示此圓上各點阻抗的圓。此圓上各點因(d)=1為純電抗純電抗，這也是傳輸線駐波狀態(tài)時的特征。（1 1）單位圓（純電抗軌跡、全反射系數圓的軌跡）單位圓（純電抗軌跡、全反射系數圓的軌跡） 2. 阻抗圓圖上的兩個圓和

8、阻抗圓圖上的兩個圓和一條直線一條直線1R1R00)(ZRZdR1R（2 2） 的圓（匹配時調配的軌跡）的圓（匹配時調配的軌跡）輸入阻抗輸入阻抗的實部的實部。所以傳輸線調配是很重要的。 ，即表示其與傳輸線對應即表示其與傳輸線對應位置上位置上的圓對圓上各點都是2-5 傳輸線匹配與阻抗圓圖12電磁場、微波技術與天線0, 1XRA. + +u u 軸軸上各點0(d)1, = 0，是行駐波狀態(tài)時電壓波腹位置的集合電壓波腹位置的集合。此線段上點表示輸入阻抗為輸入阻抗為當 = 0時 RSRR即電壓波腹點上的歸一化電阻值等于駐波比S，因此阻抗圓的標數就是駐波比S的值。 圓圖上+u軸上 B. - -u u軸軸上的點0(d)1, = ，是行駐波狀態(tài)純阻純阻，且R(d)Z0。表示輸入阻抗為輸入阻抗為2-5 傳輸線匹配與阻抗圓圖13電磁場、微波技術與天線3. 阻抗圓圖上點的移動阻抗圓圖上點的移動 阻抗圓圖上一點，在以該點到原點的距離為半徑，以原以原點為圓心的圓上順時針移動，表示在傳輸線上相應的位置處點為圓心的圓上順時針移動，表示在傳輸線上相應的位置處向信源方向移動向信源方向移動。