微波技術(shù)基礎(chǔ)7-阻抗匹配

微波技術(shù)基礎(chǔ)7-阻抗匹配第一頁，共31頁。無反射匹配負(fù)載匹配—負(fù)載與傳輸線之間的匹配；匹配條件：匹配后傳輸線狀態(tài)：負(fù)載經(jīng)匹配后不產(chǎn)生波的反射，傳輸線上呈行波狀態(tài)。波源匹配—波源與傳輸線之間的匹配；

匹配條件：匹配后傳輸線狀態(tài)：波源經(jīng)匹配后對傳輸線不產(chǎn)生波的反射。實(shí)際情況：負(fù)載不匹配而產(chǎn)生反射波，但波源匹配將不產(chǎn)生二次反射。傳輸線的電路理論—阻抗匹配第二頁，共31頁。共軛匹配特點(diǎn)：負(fù)載吸收最大功率的匹配。匹配條件：傳輸線上任一參考面T向負(fù)載看去的輸入阻抗與向波源看去的輸入阻抗互為共軛，即如圖：T處向負(fù)載看去：

向波源看去：傳輸線的電路理論—阻抗匹配第三頁，共31頁。根據(jù)電路理論，圖中吸收最大功率的條件為:即：

兩者的電阻應(yīng)相等，電抗的數(shù)值相等，而性質(zhì)相反。

傳輸線的電路理論—阻抗匹配第四頁，共31頁。匹配下的負(fù)載吸收功率情況負(fù)載吸收功率可表示為：無反射匹配情況可見負(fù)載吸收的功率為源輸出功率的一半，而另一半消耗在內(nèi)阻上。傳輸線的電路理論—阻抗匹配第五頁，共31頁。共軛匹配情況可見

（等號僅在傳輸線無耗，和為實(shí)數(shù)，即成立)注意：共軛匹配時(shí)，線上可能存在反射波，反射系數(shù)不為零，但經(jīng)多次反射后，負(fù)載所得到的功率比無反射匹配負(fù)載時(shí)還要大?！飩鬏斁€的電路理論—阻抗匹配第六頁，共31頁。負(fù)載失配，產(chǎn)生“頻率”、“功率”牽引，導(dǎo)致工作不穩(wěn)定。實(shí)際工程上的匹配是指在某一給定頻率范圍內(nèi)，反射系數(shù)或駐波系數(shù)小于某規(guī)定值。負(fù)載匹配的其它優(yōu)點(diǎn)傳輸線的功率容量最大傳輸線的效率最高微波源工作較穩(wěn)定傳輸線的電路理論—阻抗匹配第七頁，共31頁。匹配網(wǎng)絡(luò)的要求：①簡單、易行、可靠；②附加損耗??；③頻帶寬；④可調(diào)節(jié),用以匹配可變的負(fù)載阻抗（僅用于測量系統(tǒng)）。

阻抗匹配的方法傳輸線的電路理論—阻抗匹配第八頁，共31頁。阻抗變換器

置于特性阻抗不同的均勻傳輸線之間或傳輸系統(tǒng)與負(fù)載之間起阻抗匹配作用。

常用的匹配方法傳輸線的電路理論—阻抗匹配情形I情形II第九頁，共31頁。對于該圖所示的結(jié)構(gòu)，容易推導(dǎo)要使T處由于無耗傳輸線的特性阻抗是實(shí)數(shù)，因此，阻抗變換器原則上只用于匹配純電阻負(fù)載，即，所以

傳輸線的電路理論—阻抗匹配第十頁，共31頁。阻抗匹配時(shí)，則若負(fù)載值為復(fù)數(shù)，仍可使用阻抗變換器，只需將接入點(diǎn)選在電壓波節(jié)或電壓波腹處。通常選在電壓波節(jié)處接入為宜，可使變換器的特性阻抗小于主傳輸線的特性阻抗。

傳輸線的電路理論—阻抗匹配第十一頁，共31頁。阻抗變換器帶寬傳輸線的電路理論—阻抗匹配相對帶寬5.5%相對帶寬15.6%特性阻抗Z0=50歐姆第十二頁，共31頁。阻抗變換器帶寬傳輸線的電路理論—阻抗匹配特性阻抗Z0=50歐姆負(fù)載阻抗越接近特性阻抗,匹配效果越好第十三頁，共31頁。阻抗匹配器屬于點(diǎn)頻匹配，即使考慮一定的反射容限，相對帶寬也較窄,特別是在阻抗變換比較大的情況下。多節(jié)阻抗變換器，可獲得更寬的工作頻帶兩節(jié)阻抗變換器由兩節(jié)不同特性阻抗的傳輸線段級聯(lián)而成。傳輸線的電路理論—阻抗匹配第十四頁，共31頁。在最佳頻響特性下，兩節(jié)變換器的特性阻抗分別為:其中：稱為變換比。傳輸線的電路理論—阻抗匹配第十五頁，共31頁。課后設(shè)計(jì)作業(yè):

請用matlab計(jì)算并討論帶寬問題,特性阻抗50歐姆,負(fù)載阻抗800歐姆,分別用單支節(jié)和雙支節(jié)四分之一波長阻抗變換器給出計(jì)算結(jié)果并比較帶寬(駐波≤1.2),中心頻率可以任意選定。(可以3個(gè)同學(xué)為1組(自愿組合),參加討論,用圖形曲線表示并打印,給出結(jié)論.本周5交)傳輸線的電路理論—阻抗匹配第十六頁，共31頁。單支節(jié)匹配器是在距離負(fù)載d處并聯(lián)或串聯(lián)長度為L的終端短路或開路的短截線構(gòu)成。調(diào)節(jié)d和L就可以實(shí)現(xiàn)阻抗調(diào)配，從而達(dá)到阻抗匹配目的。單支節(jié)匹配器串聯(lián)支節(jié)并聯(lián)支節(jié)傳輸線的電路理論—阻抗匹配第十七頁，共31頁。設(shè)計(jì)并聯(lián)單支節(jié)匹配器的任務(wù)在于確定負(fù)載到參考面的距離d和支節(jié)長度L?？刹捎媒馕龇ɑ驁D解法來計(jì)算。并聯(lián)單支節(jié)匹配器傳輸線的電路理論—阻抗匹配第十八頁，共31頁。該方法計(jì)算較為復(fù)雜，可根據(jù)負(fù)載的具體情況，分兩類討論：第一種情況：為純阻負(fù)載，即支節(jié)接入位置：支節(jié)長度：解析法傳輸線的電路理論—阻抗匹配第十九頁，共31頁。第二種情況：為復(fù)數(shù)思路：先計(jì)算出波節(jié)的位置，接入點(diǎn)處的輸入導(dǎo)納值便為實(shí)數(shù)。最后可算出：傳輸線的電路理論—阻抗匹配第二十頁，共31頁。求解較為簡單，可分為兩個(gè)步驟。1.找出負(fù)載歸一化導(dǎo)納值在導(dǎo)納圓圖中的對應(yīng)點(diǎn)M作等反射系數(shù)圓交的匹配圓與A、B讀出點(diǎn)M順時(shí)轉(zhuǎn)至A、B的長度、讀出A、B處得導(dǎo)納值、圖解法第二十一頁，共31頁。2.在處并聯(lián)一個(gè)短路支節(jié)：由導(dǎo)納圓圖中的短路點(diǎn)C順時(shí)轉(zhuǎn)至點(diǎn)DC、D間的距離即為支節(jié)歸一化電長度。在處并聯(lián)一個(gè)短路支節(jié)：由導(dǎo)納圓圖中的短路點(diǎn)C順時(shí)轉(zhuǎn)至點(diǎn)C點(diǎn)與該點(diǎn)的距離即為支節(jié)歸一化電長度。第二十二頁，共31頁。用圖解法計(jì)算：串聯(lián)單支節(jié)與計(jì)算并聯(lián)單支節(jié)完全類似，但這時(shí)應(yīng)在阻抗圓圖上進(jìn)行。

用解析法計(jì)算：采用并聯(lián)支節(jié)相似的分析（此時(shí)用阻抗而不用導(dǎo)納），可得串聯(lián)支節(jié)接入位置串聯(lián)支節(jié)長度為串聯(lián)單支節(jié)匹配器傳輸線的電路理論—阻抗匹配第二十三頁，共31頁。優(yōu)點(diǎn)：匹配不同負(fù)載時(shí)，只需調(diào)節(jié)支節(jié)長度L，無需調(diào)節(jié)d;三支節(jié)匹配器克服了雙支節(jié)匹配區(qū)存在“匹配禁區(qū)”的缺點(diǎn)。雙支節(jié)匹配器與三支節(jié)匹配器傳輸線的電路理論—阻抗匹配第二十四頁，共31頁。線與支節(jié)聯(lián)合匹配器

工作原理：當(dāng)工作頻率為中心頻率時(shí)，支節(jié)不起作用，匹配器等效為阻抗變換器。當(dāng)頻率偏離中心頻率時(shí)，阻抗變換器引起的反射由支節(jié)產(chǎn)生的反射來抵消，從而使頻帶增寬。傳輸線的電路理論—阻抗匹配第二十五頁，共31頁。當(dāng)阻抗匹配器節(jié)數(shù)增加時(shí)，兩節(jié)之間阻抗變換就較小；當(dāng)節(jié)數(shù)無限多的極限情況下，就變成了連續(xù)的漸變傳輸線?？蓪?shí)現(xiàn)較寬頻帶內(nèi)的匹配。漸變傳輸線匹配器傳輸線的電路理論—阻抗匹配第二十六頁，共31頁。此反射系數(shù)對漸變線輸入端總反射系數(shù)的貢獻(xiàn)為于是傳輸線的電路理論—阻抗匹配第二十七頁，共31頁。例如當(dāng)z=L時(shí)因此（R為阻抗變換比）傳輸線的電路理論—阻抗匹配最后可得第二十八頁，共31頁。設(shè)計(jì)指數(shù)線匹配器的一般步