第四章阻抗調(diào)配元件

1、4.5 阻抗調(diào)配元件 在微波系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)中，消除或降低反射波的問題一直是重要技術(shù)課題。 傳輸線上反射波的存在使傳輸線的工作狀態(tài)變壞；負載得到的信號功率減??；系統(tǒng)的功率容量降低；傳輸信號的波形也要受到影響。 反射因素:負載阻抗與傳輸線的波阻抗不相等；同類型不同型號（特別是波阻抗不同）的傳輸線連接；不同類型的傳輸線連接；傳輸線中接入各種必要的元器件等。消除或減小反射波的基本思路 消除或減小反射波的基本思路，是在傳輸線的適當位置上加入調(diào)配元件或網(wǎng)絡，以它們產(chǎn)生的新的反射波去抵消傳輸線上原有的反射波，從而實現(xiàn)匹配。消除或減小反射波的基本方法 一是阻抗變換，這種方法的實質(zhì)是運用補償原理，即造成一個或多個

2、新的反射點，使這些反射點產(chǎn)生的反射波與傳輸線上原有的反射波疊加相消。 另一種是阻抗調(diào)配，這種方法的原理就是在傳輸線上找到輸入阻抗電阻部分與傳輸線波阻抗相等的位置，接入可調(diào)電抗性元件以抵消該點輸入阻抗的電抗，從而達到匹配。一 阻抗變換器 當負載阻抗與其傳輸線的波阻抗不相等，或兩段波阻抗不同的傳輸線相連接時，在其間接入阻抗變換器可以消除或減小傳輸線上的反射波以獲得匹配。 對某些傳輸線如金屬波導，因其封閉性和制品的標準性，阻抗變換器要作成專用元件；而對于微帶線則可根據(jù)負載情況設計微帶阻抗變換段，并與微帶電路一同光刻腐蝕（或真空鍍膜的辦法）一次形成。1一節(jié)四分之一波長線阻抗變換器 阻抗變換器的最基本型

3、式是利用四分之一波長線的阻抗變換特性。 四分之一波長線阻抗變換器只能匹配純阻負載。 若負載為阻抗時，一種辦法是在負載上并接一長度可調(diào)短路線，因短路線的輸入阻抗為純電抗，這樣可抵消負載阻抗 的電抗，另一種辦法是把阻抗變換器在傳輸線的電壓波腹或波節(jié)點接入，傳輸線的電壓波腹和波節(jié)點處的輸入阻抗都是純阻。工作原理LLpinZZZZZZ200120,)4(負載純阻實現(xiàn)方法窄帶特性 由于四分之一波長阻抗變換器是利用波長關(guān)系，所以嚴格地講它只能對一個頻率 實現(xiàn)理想的匹配，當頻率改變時阻抗變換關(guān)系將不再成立。因此四分之一波長阻抗變換器是窄帶匹配元件。)(2)(24242)(0*0*0*0*fftgjRZfft

4、gjZRZtgjRZtgjZRZdZLLLLin)(2)(4) 1(1)4()4(| )(|0202000000fftgZRZRZRZZZZdLLLinin02*0)4(ZRZZLin實例同軸線、金屬波導（矩形截面波導）及微帶線的四分之一波長阻抗變換器的結(jié)構(gòu)示意圖。 補償原理 利用阻抗變換器實現(xiàn)傳輸線匹配，可以應用補償原理來解釋。 就是用匹配裝置引起的反射波來抵消原來因傳輸線與其負載不匹配而出現(xiàn)的反射波。 一節(jié)四分之一波長阻抗變換器的補償過程可通過圖4-26來說明。 01020102102022)(,)(ZZZZTZZZZTLLljiireUTUTU221)()()()(20202202022

5、0202010201021TZZZZZZZZZZZZZZTLLLL2 多節(jié)（多階梯）阻抗變換器 為了展寬阻抗變換器的工作頻帶，應用補償原理可以在需要匹配的主傳輸線與其負載間設置多個反射面，這些參考面上的反射波經(jīng)過不同波程引入相位滯后，這些局部反射波合成時有可能在多個頻率上抵消，從而使主傳輸線與阻抗變換器接口參考面上的總電壓反射系數(shù)為零，實現(xiàn)寬帶匹配。 其具體實現(xiàn)就是多節(jié)（多階梯）阻抗變換器。LZllll0Z1Z2ZnZ123n1n1S2S3SnS1nS123n1n討論問題的兩個前提LniZZZZZZ210在需要匹配的主傳輸線與其負載之間，插入n段長度均為l的傳輸線段，它們的波阻抗依序為 只考慮

6、各插入反射參考面上的一次反射，而略去實際上的多次反射。這樣，n段傳輸線段形成n+1個反射參考面，每個反射參考面上的局部電壓反射系數(shù)依序為 nLnLniiiiiZZZZZZZZZZZZ11101011,nLniiiZZSZZSZZS11011,1111122111, 1nniinjnijijjnjnijijjeeeeeeee21)1(24322121)1(2432211ll)2( 2110nj iiie 總的反射系數(shù)是其電尺寸的函數(shù)，該函數(shù)是一組基函數(shù)的線性疊加。疊加系數(shù)決定函數(shù)的頻率響應特性。二項式阻抗變換器 疊加系數(shù)按照二項式展開系數(shù)選取。16146418133141212114321543

7、21innnnjnnnecos21!)1()1(! 2) 1(1 2122cos2)1(2422njijjjnjnnjnjnnjjneeiinnnennneeeeee二項式阻抗變換器頻率特性二項式阻抗變換器設計 1111111111111101111,ln21,ln21ln21ln21ln21ln2111niiiniiiRZZRZZRRRZZZZSSSiiiiniiiiniiniiLniiiiiiiiii由展開系數(shù)確定每一節(jié)四分之一波長線的波阻抗。二項式阻抗變換器頻帶范圍由上式可以確定波長范圍，進而確定頻帶范圍。|cos|ln21|cos|21mnmnnmRnmmR1ln2cos4242ln2

8、arccos02120111mmnmmR阻抗變換器討論 以局部電壓反射系數(shù)擬合二項式展開式系數(shù)的多節(jié)阻抗變換器，稱為二項式阻抗變換器或最平坦通帶特性阻抗變換器。 此外還有比較常用的，使總反射系數(shù)隨電長度按切比雪夫（Tchebyscheff）多項式規(guī)律變化的，等波紋通帶特性多節(jié)阻抗變換器。 電信工程界常把切比雪夫阻抗變換器稱為最佳阻抗變換器。這種多節(jié)阻抗變換器在給定工作帶寬及其內(nèi)最大容許總反射系數(shù)模的前提下，其變換段總長度最短。切比雪夫阻抗變換器等波紋特性的示例 二 阻抗調(diào)配器 阻抗調(diào)配關(guān)鍵就是在傳輸線上找到一個特殊的位置，在這個位置處輸入阻抗電阻為傳輸線的波阻抗，而后采用串（并）電抗（納）元件

9、的方法，使得電抗（納）等于零，從而實現(xiàn)等效負載和傳輸線的匹配。 實際的微波系統(tǒng)中采用獨立阻抗調(diào)配器件實現(xiàn)上述功能。1雙分支調(diào)配器雙分支調(diào)配器的波阻抗和主傳輸線的波阻抗一致。2用導納圓圖分析雙分支調(diào)配器工作過程輔助圓畫法和功能 將匹配圓作為一個整體逆時針轉(zhuǎn)動一定角度即可畫出輔助圓。 這個角度就是點在雙分支中間傳輸線上移動對應圓圖上轉(zhuǎn)動的角度。 這樣由輔助圓順時針轉(zhuǎn)動到匹配圓，表示了點在雙分支中間傳輸線由信源向負載移動各種可能的情況。調(diào)配的思路 T1分支的作用，加入一個電納，由負載點沿等電導圓運動到輔助圓。 T2分支的作用，加入一個電納，由匹配圓上的點，沿等電導圓（匹配圓）運動到圓圖的中心匹配點。

10、 T1T2之間的傳輸線作用就是由輔助圓點轉(zhuǎn)動到匹配圓的對應點。調(diào)配條件和盲區(qū) 調(diào)配條件：負載點所在的等電導圓必須和輔助圓相交，至少的相切。 盲區(qū)：若負載點落在和輔助圓相切的圓內(nèi)，則不可能利用雙分支調(diào)配器實現(xiàn)阻抗調(diào)配，這個區(qū)域稱為調(diào)配的盲區(qū)。 兩分支線中心距l(xiāng)，決定輔助圓的位置，也影響匹配盲區(qū)的大小。 l越小盲區(qū)越小，但l過小在結(jié)構(gòu)上難于實現(xiàn)。調(diào)配條件和盲區(qū) 調(diào)配條件：負載點所在的等電導圓必須和輔助圓相交，至少的相切。 盲區(qū)：若負載點落在和輔助圓相切的圓內(nèi)，則不可能利用雙分支調(diào)配器實現(xiàn)阻抗調(diào)配，這個區(qū)域稱為調(diào)配的盲區(qū)。 兩分支線中心距l(xiāng)，決定輔助圓的位置，也影響匹配盲區(qū)的大小。 l越小盲區(qū)越小，但l過小在結(jié)構(gòu)上難于實現(xiàn)。雙螺釘調(diào)配器盲區(qū) 雙螺釘調(diào)配器，對應于波導系統(tǒng)，由于螺釘只能提供容性電納，始終狀態(tài)導納之差小于0。 負載點位于輔助圓的下方，這樣雙螺釘調(diào)配器盲區(qū)比較雙分支調(diào)配器盲區(qū)要大一些。盲區(qū)示意圖消除盲區(qū)途徑 一種辦法是在負載與調(diào)配器間加入適當長度的傳輸線段，可將