chap3-31阻抗變換器解析

1.阻抗匹配的種類及簡(jiǎn)述？2.概述并聯(lián)單支節(jié)匹配器？復(fù)習(xí)一.等效的依據(jù)和條件二.導(dǎo)波系統(tǒng)中TE、TM模的等效參量

第三章勻整導(dǎo)波系統(tǒng)等效為勻整傳輸線3.4勻整導(dǎo)波系統(tǒng)等效為勻整傳輸線四.阻抗變換器

為了加深印象，進(jìn)一步探討共軛匹配的物理意義。首先要看到，所謂匹配僅僅是網(wǎng)絡(luò)前端無(wú)反射波。事實(shí)上，失配負(fù)載PL始終是有反射的。因此問(wèn)題的核心是要把反射的功率，再次“喂給”負(fù)載，恰如給嬰孩喂食。振幅要恰當(dāng)|S22|=|L|，時(shí)間要恰當(dāng)，即相位22=－L，才能使它“吃完”。匹配結(jié)果要求并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)要求枝節(jié)只能是純電納，要求傳輸系統(tǒng)處于等于，要求和處于等圓，而的圓稱為匹配圓已知負(fù)載反演成導(dǎo)納等圓向電源匹配圓沿等電導(dǎo)圓到接受外圓求出求出阻抗問(wèn)題

阻抗問(wèn)題阻抗是傳輸線問(wèn)題中最重要的參數(shù)之一。

阻抗問(wèn)題

1．阻抗變換問(wèn)題［例2］典型的兩個(gè)例子如表所示

1．阻抗變換器

二匹配元件

圖4.18二匹配元件

圖4.18對(duì)于圖b所示的，不同特性阻抗ZC1和ZC2的二段傳輸線間，同樣可以接一段長(zhǎng)特性阻抗為的傳輸線來(lái)進(jìn)行匹配同樣可得即線段的特性阻抗等于兩段需匹配的傳輸線特性阻抗的幾何平均值。二匹配元件

二匹配元件

運(yùn)用中以電壓波節(jié)處接入為宜。(在電壓波節(jié)線上，去歸一化)緣由：變換器的特性阻抗小于主傳輸線的特性阻抗Zc另外,阻抗變更器只能在變更器長(zhǎng)度為的頻率上才能獲得完全匹配。當(dāng)頻率偏移時(shí)，匹配將被破壞。即工作帶寬較窄。解決方法：接受兩節(jié)(或多節(jié))阻抗變更器(寬帶匹配器)兩節(jié)(或多節(jié))阻抗變換器是由兩節(jié)(或多節(jié))不同特性阻抗的傳輸線段級(jí)聯(lián)而成。圖4.23為兩節(jié)阻抗變換器。分別為兩節(jié)線的特性阻抗，RL為負(fù)載，ZC為主傳輸線的特性阻抗。二匹配元件

圖4.23書(shū)圖錯(cuò)依據(jù)傳輸線的阻抗變換關(guān)系和傳輸線的匹配要求，可得(4.31a)(4.31b)二匹配元件

圖4.23(4.32)二匹配元件

(4.31a)(4.31b)由式(4.31)和(4.32)聯(lián)立解得(4.33a)(4.33b)圖4.232、漸變線阻抗變換器

漸變線輸入端總的反射系數(shù)in為三阻抗變更器理論上講，漸變線的長(zhǎng)度L→∞時(shí)，?！?，即S→1。但工程上要求S確定時(shí)，L最小?？偡瓷湎禂?shù) 近似式→忽視了多次反射和損耗。則由漸變線特性阻抗沿z的變更規(guī)律，即可得反射系數(shù)隨頻率變更的特性。，則以一種最簡(jiǎn)潔的漸變線—指數(shù)線為例，指數(shù)線的特性阻抗沿線按指數(shù)規(guī)律變更，即(4.45)取對(duì)數(shù)得(4.46)當(dāng)z=L時(shí)有從而得(4.47)式中為阻抗變換比。將代入式(4.46)得(4.48)上式代入式(4.44)得(4.49a)

(4.49b)三阻抗變更器圖4.28繪出了隨βl變更的曲線。由圖可以看出，若頻率確定，隨L的增加而波浪式地減小，當(dāng)?shù)恼麛?shù)倍時(shí)，之后，就變小了。若L確定，則圖4.28表示隨頻率(或波長(zhǎng))變更的曲線，給定最大容許的反射系數(shù)值便可從曲線上確定頻帶寬度。圖4.28三阻抗變更器漸變傳輸線匹配器當(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??；當(dāng)節(jié)數(shù)無(wú)限多的極限狀況下，就變成了連續(xù)的漸變傳輸線。可實(shí)現(xiàn)較寬頻帶內(nèi)的匹配。漸變線：→傳輸線橫截面尺寸漸漸連續(xù)變更→非勻整傳輸線→寬頻帶匹配常用漸變線特性阻抗沿z的變更規(guī)律有：1）指數(shù)線型2）克洛普芬斯坦型3）指數(shù)型4）余弦平方型5.11阻抗匹配三阻抗變更器例無(wú)耗傳輸線特性阻抗Z0=105()，負(fù)載利用1/4波長(zhǎng)阻抗變換線實(shí)現(xiàn)匹配，試求：(1)變換線與負(fù)載之間連線上的駐波比，(2)在電壓波腹點(diǎn)處進(jìn)行匹配時(shí)連線的長(zhǎng)度l(以線上波長(zhǎng)p計(jì))；(3)變換線的特性阻抗Z01。解：(1)變換線與負(fù)載之間連線上的駐波比三阻抗變更器(2)在電壓波腹點(diǎn)處進(jìn)行匹配時(shí)連線的長(zhǎng)度在電壓波腹點(diǎn)處有120

2

z=0的關(guān)系，因此有(3)變換線的特性阻抗(3.103)歸一化(3.103)電壓波腹3.4勻整導(dǎo)波系統(tǒng)等效為勻整傳輸線——將電場(chǎng)、磁場(chǎng)等效為電壓、電流。一等效的依據(jù)和條件——用電場(chǎng)積分求得了同軸線的電壓波，磁場(chǎng)積分求得了電流波。進(jìn)而定義了同軸線的特性阻抗。一.等效的依據(jù)和條件

——對(duì)于傳播TE波，TM波的柱面波導(dǎo)，則不存在TEM波傳輸線上那樣的單值電壓波和電流波。這里將無(wú)耗單模導(dǎo)波系統(tǒng)中傳播模的場(chǎng)與無(wú)耗勻整傳輸線上行波電壓、電流具有的特性作一比較。無(wú)耗單模導(dǎo)波系統(tǒng)勻整傳輸線式中Zw代表傳播模的波阻抗。由上可見(jiàn)，導(dǎo)波系統(tǒng)中傳播模的橫向電場(chǎng)和橫向磁場(chǎng)類似于勻整傳輸線上電壓和電流波的性質(zhì)，據(jù)此，我們可以定義等效電壓波和等效電流波分別正比于橫向電場(chǎng)和橫向磁場(chǎng)。一.等效的依據(jù)和條件

依據(jù)功率正交性，傳輸n個(gè)模式的導(dǎo)波系統(tǒng)，等效為n對(duì)勻整傳輸線，如圖3.25所示。由此得出結(jié)論：將導(dǎo)波系統(tǒng)中模式的橫向場(chǎng)量等效為路量之后，導(dǎo)波系統(tǒng)中模式的傳輸問(wèn)題便可用等效傳輸線來(lái)分析。等效傳輸線的特性阻抗對(duì)應(yīng)模式的波阻抗(對(duì)TE10模常取等效特性阻抗)，傳播常數(shù)為相應(yīng)模式的傳播常數(shù)。分布參數(shù)電路理論的基本結(jié)論和圓圖均可應(yīng)用于等效傳輸線。二導(dǎo)波系統(tǒng)中TE、TM模的等效參量

圖3.25三.勻整傳輸線等效為長(zhǎng)線的具體做法(補(bǔ))顧繼慧附錄Ｄ例3.6一段傳輸主模的矩形波導(dǎo)，如圖3.26上圖所示。，終端接匹配負(fù)載，其中長(zhǎng)d=0.5cm的一段波導(dǎo)內(nèi)填充聚四氟乙烯(εr=2.1)介質(zhì)，其余部分填充空氣。設(shè)導(dǎo)體、介質(zhì)均無(wú)耗。試求當(dāng)f=10GHz時(shí)，介質(zhì)左面波導(dǎo)內(nèi)的駐波系數(shù)S和駐波相位lmin。圖3.26二導(dǎo)波系統(tǒng)中TE、TM模的等效參量

解該矩形波導(dǎo)段的等效電路如圖3.26右圖所示。二導(dǎo)波系統(tǒng)中TE、TM模的等效參量

圖3.26在空氣填充區(qū)域在介質(zhì)填充區(qū)域二導(dǎo)波系統(tǒng)中TE、TM模的等效參量

等效電路的段負(fù)載阻抗為在圓圖上找出的對(duì)應(yīng)點(diǎn)A為(如圖3.27所示)，固定O點(diǎn)將OA順轉(zhuǎn)0.215電長(zhǎng)度到OB(即A點(diǎn)沿等S圓上移動(dòng)到B點(diǎn))。讀出B點(diǎn)的歸一化阻抗為歸一化值為去歸一化是等效電路中bc段的負(fù)載阻抗，將它對(duì)Zc歸一化得在圓圖上找出的對(duì)應(yīng)點(diǎn)的C點(diǎn)，以O(shè)為圓心OC為半徑作等S圓與Umax線交于D點(diǎn)，與Umin交于E點(diǎn)，由點(diǎn)D讀值得由E、C兩點(diǎn)的電長(zhǎng)度之差得去歸一化二導(dǎo)波系統(tǒng)中TE、TM模的等效參量

一、探討微波系統(tǒng)的方法探討微波系統(tǒng)的方法：1)電磁場(chǎng)理論的方法應(yīng)用麥克斯韋方程組，結(jié)合系統(tǒng)邊界條件，求解出系統(tǒng)中電磁場(chǎng)的空間分布，從而得出其工作特性。2)網(wǎng)絡(luò)理論的方法把一個(gè)微波系統(tǒng)用一個(gè)網(wǎng)絡(luò)來(lái)等效，從而把一個(gè)本質(zhì)上是電磁場(chǎng)的問(wèn)題化為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的問(wèn)題，然后利用網(wǎng)絡(luò)理論來(lái)進(jìn)行分析，求解出系統(tǒng)各個(gè)端口之間信號(hào)的相互關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)理論的方法是近似的，它接受網(wǎng)絡(luò)參量來(lái)描述網(wǎng)絡(luò)的特性，它僅能得出系統(tǒng)的外部特性，而不能得出系統(tǒng)內(nèi)部區(qū)域的電磁場(chǎng)分布。接受網(wǎng)絡(luò)理論的優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)參量可以測(cè)定，而且網(wǎng)絡(luò)理論比電磁場(chǎng)理論更簡(jiǎn)潔被理解和駕馭。事實(shí)上電磁場(chǎng)理論、網(wǎng)絡(luò)理論及試驗(yàn)分析三者是相輔相成的，實(shí)際中應(yīng)依據(jù)所探討的對(duì)象，選取適當(dāng)?shù)奶接懛椒āｋ姶艌?chǎng)理論的方法是嚴(yán)格的，原則上是普遍適用的，但是其數(shù)學(xué)運(yùn)算較繁，僅對(duì)于少數(shù)具有規(guī)則邊界和勻整介質(zhì)填充的問(wèn)題才能夠嚴(yán)格求解。3.15已知傳輸線上某一點(diǎn)歸一化阻抗，試用圓圖計(jì)算：(1)由該點(diǎn)起向負(fù)載方向移動(dòng)電長(zhǎng)度處的阻抗；