微波技術(shù)微波技術(shù)第二章(6)課件

1、1. 由負(fù)載 ZL求傳輸線的工作狀態(tài)( 包括 r、G、Zin等)；2. 由實測的 r、G 和 lmin 求 Zin 或ZL 等；3. 在前兩個問題中同時解決阻抗的匹配?？捎霉角蠼猓部捎?Smith圓圖圖解回顧： 微波傳輸線工程常遇到三類問題：下面將討論傳輸線的阻抗匹配問題。 長線的傳輸效率最高。第六節(jié) 傳輸線的阻抗匹配 微波電路和系統(tǒng)的設(shè)計都必須考慮阻抗匹配的問題。 一、阻抗匹配的概念 阻抗匹配是使微波系統(tǒng)無反射、載波盡量接近行波狀態(tài)的技術(shù)措施。 1. 阻抗匹配的重要性 (1) 匹配時傳輸功率最大 ( ) ， (2) 阻抗匹配可以提高接受部件的靈敏度，改善系統(tǒng)的信噪比。 (3) 阻抗匹配可

2、保持信號源工作的穩(wěn)定性。 (4) 阻抗匹配可提高傳輸線的功率容量 ( )。2. 阻抗匹配問題 阻抗匹配信號源匹配負(fù)載匹配共軛匹配阻抗匹配使源輸出最大功率使信號源端無反射使負(fù)載無反射無反射匹配共軛匹配無反射匹配目的：使信號源輸出最大功率。條件：滿足共軛匹配條件的信號源輸出的最大功率為(2-52)1圖2-34 共軛匹配Zin推導(dǎo)：(1) 信號源與傳輸線的共軛匹配1圖2-34 共軛匹配Zin通過T1參考面的平均功率為=(2)在 Eg 和 Zg不變的條件下求 P 的極大值, 由 得由 得(3)(1)式(2)、式(3)聯(lián)立求解得 P 取極大值的條件為即(4)(2-52)式(4)代入式(1)，得信號源輸出

3、最大功率(2) 傳輸系統(tǒng)的無反射匹配目的：使傳輸線上無反射波，即工作于行波狀態(tài)。條件：Zg= Z0 = ZL 。 實際傳輸線系統(tǒng)中，很難同時滿足Zg= Z0 = ZL 這一條件。一般在信號源處和負(fù)載處分別加入匹配裝置, 可使整個傳輸系統(tǒng)達(dá)到匹配。等效匹配源等效匹配負(fù)載 在實際微波系統(tǒng)中，通常在信號源的輸出端口接入隔離器或環(huán)形器來構(gòu)成匹配源。傳輸系統(tǒng)匹配示意圖信號源負(fù) 載匹配裝置匹配裝置Z0隔離器(或環(huán)形器)Z0匹配器信號源 負(fù) 載匹配源 隔離器又稱“單向器”，是一個非互易元件，對電磁能量具有正向通行、反向隔離作用，用于低功率系統(tǒng)中。在大功率系統(tǒng)中，則需采用環(huán)形器等非互易元件。(詳見第五章第五節(jié)

4、)這樣, 解決負(fù)載與傳輸線之間的匹配就成了主要問題。 產(chǎn)生一種新的反射波來抵消實際負(fù)載的反射波(二者等幅反相)二、阻抗匹配的方法匹配器主要任務(wù): 解決負(fù)載與傳輸線之間的匹配問題。等 效匹配負(fù)載嚴(yán)格說，是點頻匹配。匹配阻抗的原理： “補(bǔ)償原理”阻抗匹配(行波匹配)窄帶匹配窄帶匹配寬帶匹配阻抗匹配的方法:在負(fù)載與傳輸線之間接入匹配器。匹配器:二端口的微波元件。可調(diào), 以適應(yīng)不同負(fù)載;不能有功率損耗，由電抗元件構(gòu)成。常用的匹配器：l/4 阻抗變換器，支節(jié)匹配器。1. l/4 阻抗變換器 由一段特性阻抗為Z01的 l/4傳輸線構(gòu)成。如圖示，有：匹配時, 由于無耗線的特性阻抗為實數(shù)，故 l/4 阻抗變換

5、器只能匹配純電阻負(fù)載。當(dāng)ZL=RL+jXL為復(fù)數(shù)時, 根據(jù)行駐波的電壓波腹和波節(jié)點處的輸入阻抗為純組：在電壓波腹 (lmax可由式(2-25a )或轉(zhuǎn)圓圖求 )處接入, 則在電壓波節(jié)(lmin 可由式(2-26a )或轉(zhuǎn)圓圖求)處接入，則 可將 l/4 阻抗變換器接在靠近終端的電壓波腹或波節(jié)點處來實現(xiàn)阻抗匹配。點擊 用阻抗圓圖 求 lmax 、 lmin 。 當(dāng)工作頻率f 偏離 f0 時， l =l0/4 l /4 ， b l p/2， Zin Z0 , G 0，而為：單節(jié) l/4 阻抗匹配器的主要缺點是 頻帶窄 。工作波長為 l0 時, l =l0/4 , 對單一工作頻率f0 , 當(dāng)可實現(xiàn)匹

6、配，即Zin=Z0 。(2-55a)把 代入得 由式 (2-55c) 可畫出 G 隨q (或 f )變化的曲線如圖2-36所示, 當(dāng)G= Gm時, 則通帶邊緣上的q 值為q1=qm、 q2=p -qm , 且由式(2-55c)，有 曲線作周期為 p 的變化。設(shè)允許G Gm , 則其工作帶寬對應(yīng)于 Dq 限定的頻率范圍。由于q 偏離 p /2 時G曲線急劇上升, 故工作帶寬很窄。由式(2-55c) 得圖2-36通常用相對帶寬Wq 表示頻帶寬度 對于單一頻率或窄頻帶的阻抗匹配，一般單節(jié)l/4阻抗變換器提供的帶寬能夠滿足要求。但若要求在寬帶內(nèi)實現(xiàn)阻抗匹配，就必須采用雙節(jié)、三節(jié)或多節(jié) l/4阻抗變換器

7、 (見教材第三章第十三節(jié)，而本課件將在第五章第二節(jié)中結(jié)合“匹配元件”進(jìn)行討論) 。2. 支節(jié)調(diào)配器(1) 單支節(jié)匹配器導(dǎo)納圓圖l 如圖2-37所示并聯(lián)單支節(jié)匹配器是在距負(fù)載 d 處并聯(lián)長度為 l 的短路支節(jié)，利用調(diào)節(jié) d 和 l 來實現(xiàn)匹配的。匹配時,下面用導(dǎo)納圓圖說明單支節(jié)匹配器的調(diào)配過程： 支節(jié)調(diào)配器是在距終端負(fù)載的某一處并聯(lián)或串聯(lián)短路或開路支節(jié)。有單支節(jié)、雙支節(jié)或多支節(jié)匹配器，常用并聯(lián)調(diào)配支節(jié)。圖2-37 單支節(jié)匹配器示意圖00.25導(dǎo)納圓圖010.50ACD圖2-37 單支節(jié)匹配器示意圖l點點-ADC00.25導(dǎo)納圓圖01A0.50FE 有兩組解，通常選 d、l 較短的一組解。lA圖2

8、-37 單支節(jié)匹配器示意圖 缺點：負(fù)載改變，則實現(xiàn)匹配的 d、l 將隨之而變，這對同軸線、帶狀線等傳輸線十分不便。 解決的辦法: 采用雙支節(jié)匹配器。(2) 雙支節(jié)匹配器 在單支節(jié)匹配器中, 改變 d 是為了找到歸一化電導(dǎo)分量為 1的參考面。由可知，線上某參考面的輸入導(dǎo)納不僅決定于該面與終端的距離 d ，還決定于負(fù)載 ZL 。亦即改變ZL也可找到歸一化電導(dǎo)分量為 1 的參考面。改變負(fù)載的辦法是在給定的負(fù)載 ZL上、或在離負(fù)載 ZL一定距離 d1 的參考面上附加純電納。 雙支節(jié)匹配器是在d1 處并聯(lián)一長度為 l1 的短路支節(jié), 第二個短路支節(jié)的長度為 l2 ，兩支節(jié)的距離 d2 固定；為便于計算，

9、常取 d2 =l/8、l/4 或 3l/8，但是 d2 l/2。d1 、 d2 一確定，即可調(diào)節(jié) l1 和 l2 而達(dá)到匹配。雙支節(jié)匹配器的工作原理：BAAB圖2-38 雙支節(jié)匹配器的原理 I. 分析： 假定已匹配好，則 1) B-B面： 3) A-A面：0.2501)作輔助圓:。圓 圖II. 調(diào)配過程1) 作輔助圓:圓 圖。重述調(diào)配過程問題：1) l1 、l2 的作用是什么？2) 雙支節(jié)匹配器的優(yōu)、缺點及克服缺點的辦法。 2) 雙支節(jié)匹配器的優(yōu)點：兩支節(jié)的位置固定, 無需沿線移動。BAAB雙支節(jié)匹配器示意圖 缺點：存在得不到匹配的盲區(qū)。 雙支節(jié)匹配器也有兩組解，應(yīng)選取較合理的一組( l1 、

10、l2 較短的)。0.250d2= l/8 雙支節(jié)匹配器的盲區(qū)0.5d2 = l/4 時，匹配盲區(qū)為 d2 = l/8 時，如果 落在 的陰影圓內(nèi)，則沿等 圓旋轉(zhuǎn)不可能與輔助圓有交點，不能獲得匹配。即 d2 = l/8 時，匹配盲區(qū)為0.250d2= l/4 雙支節(jié)匹配器的盲區(qū)0.5 為避開雙支節(jié)匹配器的匹配盲區(qū)，可采用三支節(jié)或多支節(jié)匹配器。則 l1 = l/4 (閑置) ，由 l2、l3 進(jìn)行調(diào)配。(3) 三支節(jié)匹配器 三支節(jié)匹配器(見圖2-40 )為二支節(jié)匹配器的組合。L1 、l2 為一組，l2、l3 為一組。首先，l3 = l /4 ( 閑置 ) ， 由 l1、l2 調(diào)配 ；若 除并聯(lián)支節(jié)匹配器之外，還有串聯(lián)支節(jié)匹配器， 或串、并聯(lián)兩種方法同時采用的支節(jié)調(diào)配器。BACABC圖2-40 三支節(jié)匹配器示意圖*第七節(jié) 傳輸線的計算機(jī)輔助計算、分析 隨著計算機(jī)技術(shù)的普及和發(fā)展, 計算機(jī)輔助分析(CAA)和計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)技術(shù)已在各個工程領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。傳輸線問題也可借助計算機(jī)進(jìn)行輔助計算與分析。 求解傳輸線問題都有相應(yīng)的解析表達(dá)式, 易于編成計算