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文檔簡介

1、Foundations of Microwave TechnologyFeb-Jun/2013Broad Band Impedance MatchingDr. Kun Xu (徐坤)State Key Lab of Information Photonics and Optical Communications(University of Posts and Telecommunications)Tel:E-mail: xukunOutline1. 不匹配損耗(Mismatch Losses)2. 匹配問題(Matching Problem)3. 窄帶匹配:波長線串連匹配、單節(jié)傳輸線并聯(lián)匹配、

2、雙節(jié)傳輸線并聯(lián)匹配(Narrow Band Matching)4. 寬帶匹配:波導(dǎo)段匹配、微帶線匹配和幾種特殊要求下的匹配、二項(xiàng)式阻抗變換器、切比雪夫阻抗變換器(Broad Band Matching)Broadband Matching“寬帶”匹配A New Word: Transform波形和特性阻抗相同,但不同的Meaning:傳輸線之間的變換(1) Size Transition (過渡)(2) Impedance Matching (匹配)波形相同,但特性阻抗不同的傳輸線之間的變換過渡同軸波導(dǎo)移位補(bǔ)償結(jié)構(gòu)錐形過渡結(jié)構(gòu)Z=L0=60 ln D0Ced0r通過這種方法就可以使得原來兩個

3、不同的同軸線連接之后能在較寬的頻帶內(nèi)近似實(shí)現(xiàn)匹配。在兩特性阻抗不同的/4 阻抗變換傳輸線之間一段/4的阻抗變換器同軸線波導(dǎo)內(nèi)外導(dǎo)體尺寸都不相等=ZZ02Z1/4 阻抗變換矩形波導(dǎo)(1)相速vp:波的等相位面沿波導(dǎo)軸向速度vp = w / bb =- k 2k 2cv = 1/me2 1 21= 2p- l l c 波導(dǎo)波長g: 波導(dǎo)內(nèi)沿軸向電磁波相鄰兩個同相位點(diǎn)之間的距離lg = lTEM波:/4 阻抗變換矩形波導(dǎo)(2)TE10Z b 10a2 l1- 2a Z0b a不變情況下其它情況下Problem?“窄”? 匹配長度與信號波長 (頻率)的密切關(guān)系Frequency Response of

4、 /4 TransformerKnown: It provides a perfect matching at f0q = b l = 2p l0l4= p f2f0長度僅對f0頻率nBdwdidwthdBha is small !“匹配”是窄帶的pfq= b= l2f0cosqGum allowable Reflection Coefficientq0 f0阻抗變換器帶寬:匹配頻率f0(帶中心頻率)附近,在的最大反射系數(shù)幅度|m|條件下,反射系數(shù)|的頻率范圍Multiple Reflections at Junction - 1= Z2 - Z1G1Z+ Z21Total reflectio

5、n coefficientG = . = -G21= Z3 - Z2G3Z + Z32Partial reflection coefficientPartial transmissio n coefficient= 1+ G1T12= 1+ G2 = 1- G1T21Multiple Reflections at Junction - 2Multi-reflectionq = b l = 2p l l Round Trip反射和透射系數(shù)是對于振幅而不是功率,并且有相位關(guān)系。上述項(xiàng)為傳輸距離L的相位延遲Theory of Small ReflectionsRound TripPhase dela

6、y when the incident wave travels up and down the line= 1+ G1T12G G + G e- j2qT= 1- G1G 211213G2 = -G1Multisection Transformer(1)N equal-length sectionsZn increase or decrease monotonicallyZl is realGradual Change of step sizesMultisection Transformer(2)Only a single reflection considered at each jun

7、ctionPartial reflection coefficeints at each junctionMultisection Transformer(3)Key ofDesign: ai and nTotal Reflection CoefficientQuarter- wave transfor- merGpai =q = b i G1 l=2ally Flat Transformer Equal Ripple Transformerally Flat /4 Transformer-1Reviwe:( xn )n= i=0(1+ x)nn-i nCally Flat /4 Transf

8、ormer-2Note that:= Gi= Cn-i+1aLet:inG1Sum of expanded coefficientsx = 1(1+ x)nLet:(C xn )n= i=0n-inally Flat /4 Transformer-3Distribution of Partial Reflection Coefficientsally Flat /4 Transformer-4ally Flat Passband CharacteristicKnown:um allowable=l=2l/0Reflection Coefficientally FlatResponse(1) S

9、ections N(2) Bandwidthally Flat /4 Transformer-5Design of Impedence of Each Sectionln x 2 x -1 , x 2x +1G1GnaRatio of Transform erZiiiExample 1-1Example 1-2查系數(shù) “分布”表“最平坦匹配”又稱為:Binomial Matching2pl0ppDff2 f0pq = b l =2Dq = DqDf =l4f2f00Equal Ripple Transformer- Chebyshev PolynomialEqual Ripple Transf

10、ormer- Chebyshev Polynomial(切比雪夫多項(xiàng)式)該阻抗變換的出發(fā)點(diǎn):切比雪夫多項(xiàng)式Equal Ripple TransformerDesign () to a Chebyshev PolynomialKey of Design: Reflect Coefficient and n總的反射系數(shù)Chebyshev Polynomial (1)遞推公式:1 0 Chebyshev Polynomial (2)示意圖(-1x+1)n=0、n=1時的圖形?Chebyshev Polynomial (3)例題:畫出n=8時-1,+1定義域的契比雪夫函數(shù)Chebyshev Polynomial (4)令:做變換:帶寬因子Chebyshev Polynomial (5)令:阻抗匹配中應(yīng)用(1)總的反射系數(shù)令:阻抗匹配中應(yīng)用(2)q = b l 0令:阻抗匹配中應(yīng)用(3)契比雪夫多項(xiàng)式匹配的入手點(diǎn)定義域、值域變換阻抗匹配中應(yīng)用(4)n=2:阻抗匹配中應(yīng)用(5)n=3:“三步 走”策略注:GiZiExample 2-1Example 2-2SummaryIn contrast with the binomial matching transformer, the Chebyshev transformeropt

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