微波技術(shù)基礎(chǔ)阻抗匹配第次課

微波技術(shù)基礎(chǔ)阻抗匹配第次課第一頁(yè)，共三十五頁(yè)，編輯于2023年，星期二5.11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(fù)載；關(guān)系到系統(tǒng)的傳輸效率、功率容量與工作穩(wěn)定性；關(guān)系到微波元器件的性能以及微波測(cè)量的系統(tǒng)誤差和測(cè)量精度。阻抗匹配的分類(lèi)：無(wú)反射匹配；共軛匹配。EgZgZllZ0

λg5.11阻抗匹配第二頁(yè)，共三十五頁(yè)，編輯于2023年，星期二無(wú)反射匹配負(fù)載匹配—負(fù)載與傳輸線(xiàn)之間的匹配；匹配條件：匹配后傳輸線(xiàn)狀態(tài)：負(fù)載經(jīng)匹配后不產(chǎn)生波的反射，傳輸線(xiàn)上呈行波狀態(tài)。波源匹配—波源與傳輸線(xiàn)之間的匹配；

匹配條件：匹配后傳輸線(xiàn)狀態(tài)：波源經(jīng)匹配后對(duì)傳輸線(xiàn)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。5.11阻抗匹配第三頁(yè)，共三十五頁(yè)，編輯于2023年，星期二共軛匹配定義：負(fù)載吸收最大功率的匹配。匹配條件：傳輸線(xiàn)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：5.11阻抗匹配第四頁(yè)，共三十五頁(yè)，編輯于2023年，星期二根據(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。思考題：如果某一參考面滿(mǎn)足共軛匹配，則線(xiàn)上處處滿(mǎn)足共軛匹配。5.11阻抗匹配第五頁(yè)，共三十五頁(yè)，編輯于2023年，星期二匹配下的負(fù)載吸收功率情況負(fù)載吸收功率可表示為：無(wú)反射匹配情況可見(jiàn)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。5.11阻抗匹配第六頁(yè)，共三十五頁(yè)，編輯于2023年，星期二共軛匹配情況可見(jiàn)

（等號(hào)僅在傳輸線(xiàn)無(wú)耗，和為實(shí)數(shù))，即成立

注意：共軛匹配時(shí)，線(xiàn)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(wú)反射匹配負(fù)載時(shí)還要大?！?.11阻抗匹配第七頁(yè)，共三十五頁(yè)，編輯于2023年，星期二負(fù)載匹配的其他優(yōu)點(diǎn)傳輸線(xiàn)的功率容量最大,失配時(shí)傳輸大功率易導(dǎo)致?lián)舸粋鬏斁€(xiàn)的效率最高，饋線(xiàn)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(xiàn)特性阻抗，稍有改變時(shí)，輸入阻抗不變，微波源的頻率和輸出功率不會(huì)被牽引。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)小于規(guī)定值?！?.11阻抗匹配第八頁(yè)，共三十五頁(yè)，編輯于2023年，星期二5.11.2阻抗匹配的方法當(dāng)信號(hào)源和負(fù)載與傳輸線(xiàn)不匹配時(shí)，可以在它們之間插入阻抗變換元件或二端口網(wǎng)絡(luò)，使包括此元件或網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的新負(fù)載與傳輸線(xiàn)匹配。如圖所示：匹配網(wǎng)絡(luò)的要求：①簡(jiǎn)單、易行、可靠；②附加損耗?。虎垲l帶寬；④可調(diào)節(jié)以匹配可變的負(fù)載阻抗（僅用于測(cè)量系統(tǒng)）。

以毒攻毒5.11阻抗匹配第九頁(yè)，共三十五頁(yè)，編輯于2023年，星期二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(xiàn)之間或傳輸系統(tǒng)與負(fù)載之間起阻抗匹配作用。如圖所示：

5.11阻抗匹配第十頁(yè)，共三十五頁(yè)，編輯于2023年，星期二對(duì)于該圖所示的結(jié)構(gòu)，容易推導(dǎo)要使T處由于無(wú)耗傳輸線(xiàn)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

5.11阻抗匹配第十一頁(yè)，共三十五頁(yè)，編輯于2023年，星期二對(duì)于上圖所示的情況，要實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，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(xiàn)的特性阻抗。5.11阻抗匹配第十二頁(yè)，共三十五頁(yè)，編輯于2023年，星期二

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(duì)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(xiàn)段級(jí)聯(lián)而成。5.11阻抗匹配第十三頁(yè)，共三十五頁(yè)，編輯于2023年，星期二在最佳頻響特性下，兩節(jié)變換器的特性阻抗分別為:其中：稱(chēng)為變換比。5.11阻抗匹配第十四頁(yè)，共三十五頁(yè)，編輯于2023年，星期二

單支節(jié)匹配器單支節(jié)匹配器是在距離負(fù)載d處并聯(lián)或串聯(lián)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的終端短路或開(kāi)路的短截線(xiàn)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。結(jié)構(gòu)如圖所示：

并聯(lián)支節(jié)串聯(lián)支節(jié)5.11阻抗匹配第十五頁(yè)，共三十五頁(yè)，編輯于2023年，星期二基本思路： ①通過(guò)長(zhǎng)度為d的傳輸線(xiàn)，將負(fù)載為Zl變化為輸入阻抗Zin＝Z0±jX； ②選取長(zhǎng)度為l，終端開(kāi)路或短路的并聯(lián)或串聯(lián)分支傳輸線(xiàn)，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(jiàn)傳輸線(xiàn)的特性阻抗均為Z0，負(fù)載阻抗Zl事先給定，調(diào)配參數(shù)為d和l5.11阻抗匹配第十六頁(yè)，共三十五頁(yè)，編輯于2023年，星期二并聯(lián)單支節(jié)匹配器設(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(zhǎng)度L?？刹捎媒馕龇ɑ驁D解法來(lái)計(jì)算。5.11阻抗匹配第十七頁(yè)，共三十五頁(yè)，編輯于2023年，星期二解析法的思路： 負(fù)載阻抗為經(jīng)長(zhǎng)度為d傳輸線(xiàn)變換后的輸入阻抗為

令等式兩端的實(shí)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(duì)應(yīng)的短路或開(kāi)路支節(jié)的長(zhǎng)度l。思考題：串聯(lián)支節(jié)又如何計(jì)算？5.11阻抗匹配第十八頁(yè)，共三十五頁(yè)，編輯于2023年，星期二解析法(并聯(lián)支節(jié))該方法較為復(fù)雜，可根據(jù)負(fù)載的具體情況，分兩類(lèi)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(zhǎng)度：5.11阻抗匹配第十九頁(yè)，共三十五頁(yè)，編輯于2023年，星期二第二種情況：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：5.11阻抗匹配第二十頁(yè)，共三十五頁(yè)，編輯于2023年，星期二圖解法求解較為簡(jiǎn)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(duì)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(zhǎng)度、讀出A、B處得導(dǎo)納值、5.11阻抗匹配第二十一頁(yè)，共三十五頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.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(zhǎng)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(zhǎng)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。第二十二頁(yè)，共三十五頁(yè)，編輯于2023年，星期二

串聯(lián)單支節(jié)匹配器用圖解法計(jì)算：串聯(lián)單支節(jié)與計(jì)算并聯(lián)單支節(jié)完全類(lèi)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(zhǎng)度為5.11阻抗匹配第二十三頁(yè)，共三十五頁(yè)，編輯于2023年，星期二雙支節(jié)匹配器與三支節(jié)匹配器優(yōu)點(diǎn)：匹配不同負(fù)載時(shí)，只需調(diào)節(jié)支節(jié)長(zhǎng)度L，無(wú)需調(diào)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(diǎn)。5.11阻抗匹配第二十四頁(yè)，共三十五頁(yè)，編輯于2023年，星期二Yl特點(diǎn)：固定d，調(diào)節(jié)l1和l2，常用于測(cè)量和調(diào)配系統(tǒng)。通常,第二十五頁(yè)，共三十五頁(yè)，編輯于2023年，星期二解析法：T1處看向負(fù)載的輸入導(dǎo)納T1處的總導(dǎo)納Y1=Gl+j(Bl+B1)經(jīng)長(zhǎng)度d變換后第一支節(jié)的輸入導(dǎo)納為了匹配，Re{Y2}＝Y(jié)0，得解得第二十六頁(yè)，共三十五頁(yè)，編輯于2023年，星期二實(shí)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(diào)配器不能對(duì)所有得負(fù)載阻抗都能匹配。第二十七頁(yè)，共三十五頁(yè)，編輯于2023年，星期二第一支節(jié)輸入電鈉第二支節(jié)輸入電鈉對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度：短路支節(jié)開(kāi)路支節(jié)第二十八頁(yè)，共三十五頁(yè)，編輯于2023年，星期二園圖解：1）由Yl得B點(diǎn)；2）將1＋jB園反時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)d，作出輔助園；3）找出Gl園與輔助園的交點(diǎn)C（和C‘），C代表4）過(guò)C點(diǎn)作等Γ園，沿順時(shí)針?lè)较蚺c1＋jB園交于D（和D’)第二十九頁(yè)，共三十五頁(yè)，編輯于2023年，星期二D點(diǎn)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(nèi)的Yl點(diǎn)由G園與輔助園難有交點(diǎn)）第三十頁(yè)，共三十五頁(yè)，編輯于2023年，星期二

線(xiàn)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(lái)抵消，從而使頻帶增寬。5.11阻抗匹配第三十一頁(yè)，共三十五頁(yè)，編輯于2023年，星期二漸變傳輸線(xiàn)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)限多的極限情況下，就變成了連續(xù)的漸變傳輸線(xiàn)。可實(shí)現(xiàn)較寬頻帶內(nèi)的匹配。5.11阻抗匹配漸變線(xiàn)：→傳輸線(xiàn)橫截面尺寸逐漸連續(xù)變化→非均勻傳輸線(xiàn)→寬頻帶匹配第三十二頁(yè)，共三十五頁(yè)，編輯于2023年，星期二5.11阻抗匹配

理論上講，漸變線(xiàn)的長(zhǎng)度L→∞時(shí)，?！?，即S→1。