微波技術(shù)傳輸線的阻抗匹配

微波技術(shù)傳輸線的阻抗匹配第一頁，共二十七頁，2022年，8月28日第六節(jié)傳輸線的阻抗匹配

一、阻抗匹配的概念阻抗匹配是使微波系統(tǒng)無反射、載行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，功率損耗最??；

(2)阻抗匹配可改善系統(tǒng)的信噪比；

(3)功率分配網(wǎng)絡(luò)(如天線陣的饋源網(wǎng)絡(luò))中的阻抗匹配將降低幅度和相位的誤差；

(4)阻抗匹配可保持信號源工作的穩(wěn)定性；

(5)阻抗匹配可提高傳輸線的功率容量()。第二頁，共二十七頁，2022年，8月28日2.阻抗匹配問題

1).共軛匹配目的：使信號源的功率輸出最大。條件：滿足共軛匹配條件的信號源輸出的最大功率為:第三頁，共二十七頁，2022年，8月28日2)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=ZL=Z0

。實際中傳輸線的始端和終端很難做到無反射匹配，通常在信號源輸出端接入隔離器以吸收反射波，而在傳輸線與負載之間使用匹配裝置用來抵消反射波。信號源隔離器匹配器負載隔離器又稱單向器，是非互易器件，只允許入射波通過而吸收掉反射波，使信號源端無反射,以穩(wěn)定信號源的工作狀態(tài)。第四頁，共二十七頁，2022年，8月28日二、阻抗匹配的方法抗作為等效負載與傳輸線的特性阻抗相等。匹配器是一個兩端口的微波元件，要求可調(diào)以適應不同負載，其本身不能有功率損耗，應由電抗元件構(gòu)成。匹配阻抗的原理是產(chǎn)生一種新的反射波來抵消實際負載的反射波(二者等幅反相)，即“補償原理”。常用的匹配器有l(wèi)/4阻抗變換器和支節(jié)匹配器。匹配器阻抗匹配的方法是在負載與傳輸線之間接入匹配器，使其輸入阻第五頁，共二十七頁，2022年，8月28日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：由于無耗線的特性阻抗為實數(shù)，故l/4

阻抗變換器只能匹配純電阻負載。當ZL=RL+jXL為復數(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：匹配時，第六頁，共二十七頁，2022年，8月28日可將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。在lmax處接入，則在lmin處接入，則第七頁，共二十七頁，2022年，8月28日單節(jié)l/4阻抗匹配器的主要缺點是頻帶窄。當工作波長為

l0

時，l=l0/4,對單一工作頻率f0

，當可實現(xiàn)匹配，即Zin=Z0

。當工作頻率f’

偏離f0時，l=l0/4l’/4，bl

p/2，ZinZ0

。G

0，而為：第八頁，共二十七頁，2022年，8月28日第九頁，共二十七頁，2022年，8月28日由(3)、(4)可畫出G

隨q

(或f)變化的曲線,曲線作周期為p的變化。設(shè)允許GGm，則其工作帶寬對應于Dq限定的頻率范圍。由于q

偏離

p/2時G

曲線急劇下降,故工作帶寬很窄。當G=Gm時,則通帶邊緣上的q值為q1=qm、q2=p-qm，且由式(2)，有第十頁，共二十七頁，2022年，8月28日通常用分數(shù)帶寬Wq表示頻帶寬度，Wq與qm有如下關(guān)系對于單一頻率或窄頻帶的阻抗匹配而言，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(可參閱有關(guān)資料)。第十一頁，共二十七頁，2022年，8月28日2.支節(jié)調(diào)配器支節(jié)調(diào)配器是在距終端負載的某一處并聯(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)。

1).單支節(jié)匹配器l~導納園圖并聯(lián)單支節(jié)匹配器是在距負載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。第十二頁，共二十七頁，2022年，8月28日00.25導納園圖ACl~單支節(jié)匹配器D第十三頁，共二十七頁，2022年，8月28日DC00.25導納園圖FE有兩組解，通常選d、l較短的一組解。負載改變，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，解決的辦法是采用雙支節(jié)匹配器。第十四頁，共二十七頁，2022年，8月28日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分量為1的參考面。由：可知，線上某參考面的輸入導納不僅決定于該面與終端的距離d，還決定于負載的情況。亦即改變負載情況也可找到歸一化電導分量為1的參考面。改變負載的辦法是在給定的負載上、或在離負載一定距離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，常取d2=l/8、l/4或3l/8，但是d2l/2。d1、

d2一確定，即可調(diào)節(jié)l1和l2而達到匹配。第十五頁，共二十七頁，2022年，8月28日雙支節(jié)匹配器的工作原理：BA’A~B’雙支節(jié)匹配器1).分析：假定已匹配好。(1)B-B’面：(3)A-A’面：。第十六頁，共二十七頁，2022年，8月28日2)調(diào)配過程0.250(1)作輔助園:。。。第十七頁，共二十七頁，2022年，8月28日重述調(diào)配過程(1)作輔助園:導納園圖。第十八頁，共二十七頁，2022年，8月28日

顯然，雙支節(jié)匹配器也有兩組解，應選取較合理的一組(l1

、l2較短的)。（自習p40-p41例題）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。缺點：存在得不到匹配的盲區(qū)?？朔秉c的辦法是采用三支節(jié)或多支節(jié)匹配器。第十九頁，共二十七頁，2022年，8月28日d2=l/8時，盲區(qū)為d2=l/4時，盲區(qū)為0.250d2=l/8雙支節(jié)匹配器的盲區(qū)第二十頁，共二十七頁，2022年，8月28日

三支節(jié)匹配器為二支節(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3).三支節(jié)匹配器~BACA’B’C’則l1=

l/4(閑置)，由l2、l3

進行調(diào)配。第二十一頁，共二十七頁，2022年，8月28日*第七節(jié)傳輸線的計算機輔助計算

隨著計算機技術(shù)的普及和發(fā)展，計算機輔助分析(CAA)和計算機輔助設(shè)計(CAD)獲得廣泛應用。傳輸線問題也可借助計算機進行輔助計算。我們已用VC++編制圓圖及阻抗匹配的計算軟件，有機會可以做演示。希望同學們積極嘗試各種軟件的應用。第二十二頁，共二十七頁，2022年，8月28日本章小結(jié)1.微波傳輸線是一維分布參數(shù)電路。傳輸線可用于傳輸微波信號能量及構(gòu)成各種微波元器件。2.傳輸線方程可由傳輸線的等效電路導出，它是傳輸線理論中的基本方程。均勻無耗傳輸線方程：其通解為(以終端為坐標原點)：第二十三頁，共二十七頁，2022年，8月28日3.均勻無耗傳輸線有三種工作狀態(tài):(1)當ZL=Z0(匹配)時，線上只有入射波行波，電壓、電流振幅不變，相位沿傳播方向滯后；

Zin(z)=Z0；電磁能量全部被負載吸收。(2)當ZL=0、、jXL時，線上載駐波。入射波和反射波的振幅相等，駐波的波腹為入射波的兩倍，波節(jié)為零；電壓波腹處的阻抗無限大，電壓波節(jié)處的阻抗為零，沿線其余各點的阻抗均為純電抗；無電磁能量的傳輸，只有電磁能量的交換。其參量為：第二十四頁，共二十七頁，2022年，8月28日(3)當ZL=RL

jXL時，線上載行駐波。行駐波的波腹小于兩倍入射波，波節(jié)不為零；電壓波腹點的阻抗為

Rmax

=rZ0，電壓波節(jié)點的阻抗為Rmin

=Z0/r

；電磁能量一部分被負載吸收,另一部分被負載反射回去。4.傳輸線具有阻抗變換作用，Zin(z)為分布阻抗，Zin不能直接測量，需借助G或r

來確定：第二十五頁，共二十七頁，2022年，8月28日5.反射系數(shù)、駐波系數(shù)和行波系數(shù)是表征反射波大小的參量。其數(shù)值大小和工作狀態(tài)的關(guān)系如下表：工作狀態(tài)行波駐波行駐波