微波技術基礎阻抗匹配第次課

微波技術基礎阻抗匹配第次課第1頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六5.11阻抗匹配5.11.1阻抗匹配的思想阻抗匹配的重要性：使微波傳輸系統(tǒng)能將波源的功率有效地傳給負載；關系到系統(tǒng)的傳輸效率、功率容量與工作穩(wěn)定性；關系到微波元器件的性能以及微波測量的系統(tǒng)誤差和測量精度。阻抗匹配的分類：無反射匹配；共軛匹配。EgZgZllZ0

λg5.11阻抗匹配第2頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六無反射匹配負載匹配—負載與傳輸線之間的匹配；匹配條件：匹配后傳輸線狀態(tài)：負載經(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。實際情況：負載不匹配而產(chǎn)生反射波，但波源匹配將不產(chǎn)生二次反射。5.11阻抗匹配第3頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六共軛匹配定義：負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處向負載看去：

向波源看去：5.11阻抗匹配第4頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六根據(jù)電路理論，圖中吸收最大功率的條件為:即：兩者的電阻應相等，電抗的數(shù)值相等，而性質相反。思考題：如果某一參考面滿足共軛匹配，則線上處處滿足共軛匹配。5.11阻抗匹配第5頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六匹配下的負載吸收功率情況負載吸收功率可表示為：無反射匹配情況可見負載吸收的功率為源輸出功率的一半，而另一半消耗在內阻上。5.11阻抗匹配第6頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六共軛匹配情況可見

（等號僅在傳輸線無耗，和為實數(shù))，即成立

注意：共軛匹配時，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，負載所得到的功率比無反射匹配負載時還要大?！?.11阻抗匹配第7頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六負載匹配的其他優(yōu)點傳輸線的功率容量最大,失配時傳輸大功率易導致?lián)舸粋鬏斁€的效率最高，饋線中的功率損耗最??；微波源工作較穩(wěn)定。輸入阻抗等于傳輸線特性阻抗，稍有改變時，輸入阻抗不變，微波源的頻率和輸出功率不會被牽引。實際工程上的匹配是指在某一給定頻率范圍內，反射系數(shù)或駐波系數(shù)小于規(guī)定值?！?.11阻抗匹配第8頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六5.11.2阻抗匹配的方法當信號源和負載與傳輸線不匹配時，可以在它們之間插入阻抗變換元件或二端口網(wǎng)絡，使包括此元件或網(wǎng)絡在內的新負載與傳輸線匹配。如圖所示：匹配網(wǎng)絡的要求：①簡單、易行、可靠；②附加損耗??；③頻帶寬；④可調節(jié)以匹配可變的負載阻抗（僅用于測量系統(tǒng)）。

以毒攻毒5.11阻抗匹配第9頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六常用的匹配方法阻抗變換器

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

5.11阻抗匹配第10頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六對于該圖所示的結構，容易推導要使T處由于無耗傳輸線的特性阻抗是實數(shù)，因此，阻抗變換器原則上只用于匹配純電阻負載，即，所以

5.11阻抗匹配第11頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六對于上圖所示的情況，要實現(xiàn)阻抗匹配，則若負載值為復數(shù)，仍可使用阻抗變換器，只需將接入點選在電壓波節(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。5.11阻抗匹配第12頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六

阻抗匹配器屬于點頻匹配，即使考慮一定的反射容限，相對帶寬也較窄。多節(jié)阻抗變換器，可獲得更寬的工作頻帶，下圖的兩節(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。5.11阻抗匹配第13頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六在最佳頻響特性下，兩節(jié)變換器的特性阻抗分別為:其中：稱為變換比。5.11阻抗匹配第14頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六

單支節(jié)匹配器單支節(jié)匹配器是在距離負載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成。調節(jié)d和L就可以實現(xiàn)阻抗調配，從而達到阻抗匹配目的。結構如圖所示：

并聯(lián)支節(jié)串聯(lián)支節(jié)5.11阻抗匹配第15頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六基本思路： ①通過長度為d的傳輸線，將負載為Zl變化為輸入阻抗Zin＝Z0±jX； ②選取長度為l，終端開路或短路的并聯(lián)或串聯(lián)分支傳輸線，是其輸入電鈉為jX；→③分支節(jié)處的輸入為Z0，即匹配。 方便起見傳輸線的特性阻抗均為Z0，負載阻抗Zl事先給定，調配參數(shù)為d和l5.11阻抗匹配第16頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六并聯(lián)單支節(jié)匹配器設計并聯(lián)單支節(jié)匹配器的任務在于確定負載到參考面的距離d和支節(jié)長度L?？刹捎媒馕龇ɑ驁D解法來計算。5.11阻抗匹配第17頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六解析法的思路： 負載阻抗為經(jīng)長度為d傳輸線變換后的輸入阻抗為

令等式兩端的實部和虛部分別相等，可求出d和B，可得串聯(lián)支節(jié)的輸入電鈉Bs＝－B，由此可求出對應的短路或開路支節(jié)的長度l。思考題：串聯(lián)支節(jié)又如何計算？5.11阻抗匹配第18頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六解析法(并聯(lián)支節(jié))該方法較為復雜，可根據(jù)負載的具體情況，分兩類討論：第一種情況：為純阻負載，即支節(jié)接入位置：支節(jié)長度：5.11阻抗匹配第19頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六第二種情況：為復數(shù)思路：先計算出波節(jié)的位置，接入點處的輸入導納值便為實數(shù)。最后可算出：5.11阻抗匹配第20頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六圖解法求解較為簡單，可分為兩個步驟。1.找出負載歸一化導納值在導納圓圖中的對應點M

作等反射系數(shù)圓交的匹配圓與A、B

讀出點M順時轉至A、B的長度、讀出A、B處得導納值、5.11阻抗匹配第21頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六2.在處并聯(lián)一個短路支節(jié)：由導納圓圖中的短路點C順時轉至點DC、D間的距離即為支節(jié)歸一化電長度。在處并聯(lián)一個短路支節(jié)：由導納圓圖中的短路點C順時轉至點C點與該點的距離即為支節(jié)歸一化電長度。5.11阻抗匹配注意：可能出現(xiàn)兩組解→d1和l1，d2和l2，取短者。第22頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六

串聯(lián)單支節(jié)匹配器用圖解法計算：串聯(lián)單支節(jié)與計算并聯(lián)單支節(jié)完全類似，但這時應在阻抗圓圖上進行。

用解析法計算：采用并聯(lián)支節(jié)相似的分析（此時用阻抗而不用導納），可得串聯(lián)支節(jié)接入位置串聯(lián)支節(jié)長度為5.11阻抗匹配第23頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六雙支節(jié)匹配器與三支節(jié)匹配器優(yōu)點：匹配不同負載時，只需調節(jié)支節(jié)長度L，無需調節(jié)d;三支節(jié)匹配器客服了雙支節(jié)匹配區(qū)存在“匹配禁區(qū)”的缺點。5.11阻抗匹配第24頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六Yl特點：固定d，調節(jié)l1和l2，常用于測量和調配系統(tǒng)。通常,第25頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六解析法：T1處看向負載的輸入導納T1處的總導納Y1=Gl+j(Bl+B1)經(jīng)長度d變換后第一支節(jié)的輸入導納為了匹配，Re{Y2}＝Y0，得解得第26頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六實數(shù)Gl≥0，有意味著注意：給定d→匹配得Gl值范圍→雙支節(jié)調配器不能對所有得負載阻抗都能匹配。第27頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六第一支節(jié)輸入電鈉第二支節(jié)輸入電鈉對應長度：短路支節(jié)開路支節(jié)第28頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六園圖解：1）由Yl得B點；2）將1＋jB園反時針方向旋轉d，作出輔助園；3）找出Gl園與輔助園的交點C（和C‘），C代表4）過C點作等Γ園，沿順時針方向與1＋jB園交于D（和D’)第29頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六D點代表5）由B1’‘，B1’求得并由B1‘’確定l16）由確定l2注意：雙支節(jié)匹配存在匹配禁區(qū)。（匹配禁區(qū)內的Yl點由G園與輔助園難有交點）第30頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六

線與支節(jié)聯(lián)合匹配器工作原理：當工作頻率為中心頻率時，支節(jié)不起作用，匹配器等效為阻抗變換器。當頻率偏離中心頻率時，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。5.11阻抗匹配第31頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六漸變傳輸線匹配器當阻抗匹配器節(jié)數(shù)增加時，兩節(jié)之間阻抗變換就較??；當節(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。可實現(xiàn)較寬頻帶內的匹配。5.11阻抗匹配漸變線：→傳輸線橫截面尺寸逐漸連續(xù)變化→非均勻傳輸線→寬頻帶匹配第32頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六5.11阻抗匹配

理論上講，漸變線的長度L→∞時，Γ→0，即S→1。