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1頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第六節(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2頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月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3頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月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(shí)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(fù)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(fù)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4頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月二、阻抗匹配的方法抗作為等效負(fù)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(yīng)不同負(fù)載，其本身不能有功率損耗，應(yīng)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(shí)際負(fù)載的反射波(二者等幅反相)，即“補(bǔ)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(fù)載與傳輸線之間接入匹配器，使其輸入阻第5頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月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(shí)數(shù)，故l/4

阻抗變換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(diǎn)處的輸入阻抗為純組：匹配時，第6頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月可將l/4

阻抗變換器接在靠近終端的電壓波腹或波節(jié)點(diǎn)處來實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。在lmax處接入，則在lmin處接入，則第7頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月單節(jié)l/4阻抗匹配器的主要缺點(diǎn)是頻帶窄。當(dāng)工作波長為

l0

時，l=l0/4,對單一工作頻率f0

，當(dāng)可實(shí)現(xiàn)匹配，即Zin=Z0

。當(dāng)工作頻率f’

偏離f0時，l=l0/4l’/4，bl

p/2，ZinZ0

。G

0，而為：第8頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第9頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月由(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(yīng)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(dāng)G=Gm時,則通帶邊緣上的q值為q1=qm、q2=p-qm，且由式(2)，有第10頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月通常用分?jǐn)?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(shí)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11頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月2.支節(jié)調(diào)配器支節(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)。

1).單支節(jié)匹配器l~導(dǎo)納園圖并聯(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(shí)現(xiàn)匹配的。第12頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月00.25導(dǎo)納園圖ACl~單支節(jié)匹配器D第13頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月DC00.25導(dǎo)納園圖FE有兩組解，通常選d、l較短的一組解。負(fù)載改變，則實(shí)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14頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月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)載的情況。亦即改變負(fù)載情況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)載上、或在離負(fù)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(jì)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(dá)到匹配。第15頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月雙支節(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16頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月2)調(diào)配過程0.250(1)作輔助園:。。。第17頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月重述調(diào)配過程(1)作輔助園:導(dǎo)納園圖。第18頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月

顯然，雙支節(jié)匹配器也有兩組解，應(yīng)選取較合理的一組(l1

、l2較短的)。（自習(xí)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(diǎn)及克服缺點(diǎn)的辦法。2）雙支節(jié)匹配器的優(yōu)點(diǎn)：兩支節(jié)的位置固定，無需沿線移動。缺點(diǎn)：存在得不到匹配的盲區(qū)?？朔秉c(diǎn)的辦法是采用三支節(jié)或多支節(jié)匹配器。第19頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月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20頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月

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(jìn)行調(diào)配。第21頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月*第七節(jié)傳輸線的計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助分析(CAA)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)獲得廣泛應(yīng)用。傳輸線問題也可借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助計(jì)算。我們已用VC++編制圓圖及阻抗匹配的計(jì)算軟件，有機(jī)會可以做演示。希望同學(xué)們積極嘗試各種軟件的應(yīng)用。第22頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月本章小結(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(dǎo)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(biāo)原點(diǎn))：第23頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月3.均勻無耗傳輸線有三種工作狀態(tài):(1)當(dāng)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(fù)載吸收。(2)當(dāng)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(diǎn)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24頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)當(dāng)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(diǎn)的阻抗為

Rmax

=rZ0，電壓波節(jié)點(diǎn)的阻抗為Rmin

=Z0/r

；電磁能量一部分被負(fù)載吸收,另一部分被負(fù)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25頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月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