第26章阻抗匹配

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,在传输系统中一般情况下：,2）阻抗匹配问题,负载与传输线之间的阻抗匹配，,Z,L,=,Z,0,方法：在负载与传输线之间接入匹配装置，在匹配装置处的,Z,in,=,Z,0,（传输线的特性阻抗）。,目的：,负载端无反射,。,实质：人为产生一反射波，与实际负载的反射波相抵消。,在源端和负载端均有反射。,Z,in,=Z,0,信号源与传输线之间的阻抗匹配,a,.信号源与负载线的匹配,实际情况：负载端总有反射，用隔离器吸收反射信号，使信号源稳定工作。,目的：,信号源端无反射,条件：*选择负载阻抗,Z,L,或传输线参数,l,Z,0,使,Z,in,=,Z,g,；,*如果负载端已匹配，则应使,Z,ing,=Z,0,；,方法：在信号源与传输线之间接入匹配装置,Z,in,Z,ing,b,.信号源的共轭匹配,条件：使 ，或,目的：,信号源功率输出最大,方法：在信号源与传输线之间接入匹配装置,应用：微波有源电路。,注意，此时反射系数 可能不等于零。,获得最大功率是由于多次反射波相位叠加所致。,例如，当则整个系统上无反射，但此时传送给负载的功率仅源输出功率的为一半，传输效率仅为,50%,。而要提高效率则只能减少,Z,g,，这样就不再能维持,注意：,最佳效率,与,无反射,有时,有矛盾,。,1负载阻抗匹配方法,要求匹配网络,简单易行,附加损耗小,频带宽,可调节,(1)集总元件,L,节匹配网络,图,a,.,z,L,实部大于1 图,b,.,z,L,实部小于1,适用范围：,f,1,GHz,用两个电抗（电感或电容）元件组成的,L,节网络来使任意负载阻抗（在某频率上）与传输线匹配。,可利用史密斯圆图进行快速精确的设计。,分析,：（反推）,图,a,.,z,L,在1+j,x,圆内用,Z,in,=Z,0,全匹配后，,Z,in,=Z,0,在圆图上为匹配点，,即,z,in,=1,而该点阻抗应为jx与A点的并联阻抗z,A,串联而得，即有,A,即应在,r,=1的电阻圆上；而从,z,A,到,z,in,需在,r,=1的圆上沿等电阻圆移动一段距离；,而z,A,为jb与y,L,的并联后的阻抗，当y,L,与jb并联,时，即在圆图上沿等电导圆移动相应的距离，,在圆图上为,z,A,旋转180,即,g,A,1,式中,即,g,L,=,g,A,1,图,b,.,z,L,在1+j,x,圆外用,图,a,.,z,L,在1+j,x,圆内用,设计一个L节匹配网络，在500MHz使负载阻抗,与特性阻抗 的传输线匹配。,例1,解：归一化阻抗：,此时,z,L,在1+j,x,圆内,故用(,a,)所示匹配网络。,在负载处是并联的，因此用导纳圆图。,z,L,旋转180得到,y,L,。,jB,Z,L,jX,Z,0,因为与,j,B,并联为,只加电抗，故电阻的阻值不变,，沿,r,=0.4的圆周与相应导纳圆的交点可得（向上)。,即,jb,=,y,A,-,y,L,=,j,0.3。,再转换至阻抗圆图上，,z,A,=1-,j,1.2,而最终匹配应为,z,in,=,z,A,+,jx,=1，故串联电抗应为,jx,=1,-,z,A,=,j,1.2,。,得到,串联电感,L,和,并联电容,C,的匹配网络。,则j,B,和,Z,L,并联后的阻抗应落在,z,A,=1+j,x,的圆周上（绿圆）。-则再加一串联电抗可得到匹配。,jB,Z,L,jX,1,Z,0,A,对于z,A,有相应的导纳y,A,。而对应,z,A,=1+j,x,的圆周则有相应的导纳圆（红圆）。,y,A,z,A,如果是向下半圆移动交1+j,b,于,y,A,=0.4-j0.5,则并联电纳,b,=-0.7，转换至阻抗圆则得,z,=1+j1.2,则串联电抗为,x,=-1.2。即为,并联电感L,和,串联电容C,的匹配网络。,在,f,=500MHz,时，,f,=500MHz,如图：应用/4线段的阻抗变换性：,匹配时应有：,Z,in,=,Z,0,则/4线的特性阻抗应为：,特点：简单、实用,使用范围：实负载阻抗与传输线匹配。,(2)/4变换器,原理：由于线上多次反射使反射波抵消。,如果负载为Z,L,（复数），则可在/4变换器与负载之间加上一段移相线段，或在负载处并联或串联适当的电抗短截线-先变成实阻抗，再进行阻抗变换。,由于l/4变换器，与波长有关，频带变窄。,如要求在宽带工作时（或两阻抗比过大时），可采用双节、三节可多节/4变换器结构。,d,已知：；,求：用/4变换器进行匹配的位置,d,及 。,解：已知在电压最小点和电压最大点输入阻抗为纯电阻，故此阻抗匹配器应在此点接入。,例:,向电源方向最近的为 点，；,；相对应,d,Z,0,Z,L,该点的阻抗为：,即,则,则阻抗转换器的接入位置：,d,Z,0,Z,L,用公式计算：,d,Z,0,Z,L,先求第一个电压最大点或电压最小点的位置，即接入位置d,max1,或d,min1,由输入阻抗公式求该点的Z,in,=R,in,再由,l,/4阻抗变换器公式求其特性阻抗Z,01,(3)支节调配器,支节调配器是在距离负载某固定位置上并联或串联终端短路或开路的传输线段构成。,常用并联调配支节。,支节数可以是一条、两条、三条或更多。,A,B,a,.单支节调配器,支节调配器是在距离负载,d,处并联或串联长度为,l,的终端短路或开路的短截线构成。,调节变量：,d,l,并联支节：由负载阻抗经,d,距离变换后，在B点的导纳,Y,=,Y,0,+j,B,，如支节的电纳为-j,B,，-达到匹配；,串联支节：由负载阻抗经,d,距离变换后，在B点的阻抗,Z,=,Z,0,+j,X,，如支节的电抗为-j,X,，-达到匹配。,A,B,并联单支节公式,令,Z,L,=1/,Y,L,=,R,L,+j,X,L,则由支节处向负载看去的输入阻抗：,令,t,=,tg,(,d,),则其输入导纳为：,Y,=1/,Z,=,G,+j,B,A,B,选择,d,使,G,=,Y,0,=1/,Z,0,，代入可得,t,的二次方程：,则,解得,如若求得长度为负值，应加上,/2取其正值。,支节的输入电纳：,则支节的长度为：,短路支节：,开路支节：,例：,Z,0,=50，,Z,L,=25+j75，无耗线，求单支节,短路,并联匹配的位置,d,和长度,l,。,分析：应使在C点之后反射波为零,C点：并联之后的归一化导纳,y,C,=,y,1,+,y,2,=1。,由于,y,2,=,jb,2,(短路支节),B点：在并联前应为,y,B,=,y,1,=,y,C,-,y,2,=1-,j,b,2,。,即,r,=1的圆。,同时，负载导纳,y,L,经,d,的距离后应为,y,1,=1-j,b,2,;,由于传输线无耗，故在线上为沿等,G,圆旋转，选择,d,，使,y,1,=1-j,b,2。,A,B,C,解：归一化负载阻抗：,阻抗圆图上此点,相应的归一化负载导纳为：,y,L,其对应的向电源波长数为：,0.412,由,y,L,沿等 圆顺时针旋转与,g,=1的圆交于两点,波长数为0.192,波长数为0.308,A,B,C,支节的位置为,短路支节,的归一化输入电纳为,求,短路支节,的长度：短路时,y,L2,=,位于实轴右端点，,l,L2,=0.25,由此点至支节归一化电纳点（y,2,或y,2,顺时针所旋转的波长数即为短路支节的长度）,在上面两个解中一般选取较短的一对。,例2：,结果：,选择第一组解。,双支节匹配网络,A,B,单支节调配器中因要求,d,可调，对于同轴线、波导等结构中较难调。故常采用双支节调配器。一般为并联支节。,能两支节之间的距离,d,=,/8,/4,3,/8(注意不能选取,/2)，不可调；两支节长度为,l,1,和,l,2,，可调节。,渐变线,在用/4变换匹配器时，若阻抗变换比很大或要求宽频带工作时，可采用多节变换器连续渐变线。,种类：,指数线式,克洛普芬斯坦式,直线式,三角式,切比雪夫式,渐变线匹配节的长度,l,只要远大于工作波长，其输入,就可以做到很小。-,f,越高越好。,多节变阻器,指数渐变线,精品课件,！,精品课件,！,小结,阻抗匹配：,L节匹配网络,l,/4阻抗匹配网络,单支节短路匹配网络,多支节匹配网络,