射頻技術(shù)阻抗變換與匹配

1、阻抗變換與阻抗匹配,等電阻圓,等電抗圓,阻抗的表達(dá),二、L形集總元件匹配網(wǎng)絡(luò),形式,射頻電路設(shè)計(jì)p271,已知源阻抗ZS（50+j25) , 負(fù)載阻抗ZL（25j50) , 傳輸線(xiàn)的特征阻抗50 , 工作頻率 2GHz。設(shè)計(jì)一L形匹配網(wǎng)絡(luò),解,1.歸一化源和負(fù)載阻抗（或?qū)Ъ{）分別為,2.畫(huà)等電阻圓和等電導(dǎo)圓,3.四個(gè)交點(diǎn)（記為ABCD）分別為,共有四條移動(dòng)路徑,4.計(jì)算電抗值,以 為例,從ZS移動(dòng)到A，要并聯(lián)電納值為-j0.6, 在2GHz處等價(jià)電感值為,再?gòu)腁移動(dòng)到ZL*，要串聯(lián)電導(dǎo)值為j0.4, 在2GHz處等價(jià)電感值為,四條移動(dòng)路徑對(duì)應(yīng)四種電路形式,例：利用SMITH圖阻抗匹配,一般程序

2、,射頻電路設(shè)計(jì)p271,源和負(fù)載阻抗歸一化,在Smith圖上作過(guò)源阻抗的等電阻圓和等電導(dǎo)圓,在Smith圖上作過(guò)負(fù)載的共軛阻抗的等電阻圓和等電導(dǎo)圓,找出上述圓的交點(diǎn)，并從源阻抗先移動(dòng)到交點(diǎn)，再移動(dòng)到負(fù)載的共軛阻抗。根據(jù)移動(dòng)過(guò)程求電感和電容的歸一化值，并得到電路形式,四條移動(dòng)路徑對(duì)應(yīng)四種電路及參數(shù)如下,三、單短截線(xiàn)匹配電路,a)并聯(lián)短截線(xiàn),b)串聯(lián)短截線(xiàn),基本電路形式,基本思路：負(fù)載經(jīng)一段長(zhǎng)為d的傳輸線(xiàn)，阻抗變換到實(shí)部為特征阻抗，再并（或串）一共軛電抗，抵消虛部，則在端口與特征阻抗完全匹配,例,微波工程p196,將負(fù)載阻抗ZL60-j80用單短截線(xiàn)并聯(lián)匹配電路匹配到50特征阻抗上,解,1.阻抗歸

3、一化,見(jiàn)圖,2.求YL沿等駐波比圓（等反 射系數(shù)圓）和等阻抗圓(?)的交點(diǎn)，見(jiàn)圖上y1、y2,并由圖讀出相應(yīng)電納和移動(dòng)電長(zhǎng)度,3.求并聯(lián)短截線(xiàn)長(zhǎng)度,由上述值知，對(duì)于y1應(yīng)當(dāng)并聯(lián)電納為-j1.47的短截線(xiàn)。對(duì)于 y2應(yīng)當(dāng)并聯(lián)電納為j1.47的短截線(xiàn),假設(shè)選擇終端短路形短截線(xiàn)，則從短路點(diǎn)（y= ）沿外沿向 著信號(hào)源方向移動(dòng)到-j1.47，相應(yīng)移動(dòng)的長(zhǎng)度,同理，移動(dòng)到j(luò)1.47時(shí)移動(dòng)的長(zhǎng)度,3.頻率依賴(lài)性,以2GHz為中心頻率,串聯(lián)短截線(xiàn)的實(shí)例可參考微波工程p199-201,例,射頻電路設(shè)計(jì)p291,將負(fù)載阻抗ZL60-j45用單短截線(xiàn)并聯(lián)匹配電路變換到Zin75+j90, 微帶線(xiàn)特征阻抗選擇75,

4、解,1.阻抗歸一化,2.求YL沿等電導(dǎo)圓和Zin的等反射系數(shù)圓的交點(diǎn)，見(jiàn)圖上A、B，并由圖讀出相應(yīng)阻抗導(dǎo)納,3.計(jì)算各段微帶線(xiàn)長(zhǎng)度,I) 首先并聯(lián)一短截線(xiàn)。并聯(lián)電納為,假設(shè)選擇終端開(kāi)路形短截線(xiàn)，則從開(kāi)路點(diǎn)（y= ）沿外沿 移動(dòng)到j(luò)0.45（或Zj2.222)，相應(yīng)移動(dòng)的長(zhǎng)度,II) 由A到B的微帶線(xiàn)長(zhǎng)度直接從圓圖外圓上A、B的差值讀出,若選擇先從ZL移動(dòng)到A，再移動(dòng)到Zin的移動(dòng)路徑,雙短截線(xiàn)匹配網(wǎng)絡(luò),射頻電路設(shè)計(jì)p294,1.電路形式,其中，l1、l2、l3通常取/8或3 /8.而 ls1 、ls2要通過(guò)計(jì)算求解,l1取/8 ，l2、l3取3 /8，從50+j50匹配到50 的過(guò)程,四、四分

5、之一波長(zhǎng)變換器,4,形式,匹配段阻抗要求,簡(jiǎn)單而有用；窄帶電路；只能匹配實(shí)數(shù)負(fù)載,反射系數(shù),可利用多次反射理論或加載微帶的阻抗變化公式計(jì)算反射系數(shù),例如：1050匹配, 駐波比1.5(S11-14dB)時(shí)相對(duì)帶寬29,五、多節(jié)匹配變換器,形式,假定所有支節(jié)阻抗單調(diào)變化，則根據(jù)小反射理論，總是能通過(guò)恰當(dāng)?shù)剡x擇反射系數(shù)，并用足夠多的節(jié)數(shù)來(lái)綜合作為頻率函數(shù)的反射系數(shù)響應(yīng),二項(xiàng)式多節(jié)匹配變換器,微波工程p211,重要的設(shè)計(jì)公式,常數(shù),可容忍的最大反射系數(shù),相對(duì)帶寬,二項(xiàng)式變換器設(shè)計(jì)表格,通常最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)低反射寬帶匹配，首先試選擇階數(shù)N，計(jì)算常數(shù)A，并由容忍的最大反射系數(shù)計(jì)算帶寬是否滿(mǎn)足要求。如不能，

6、則增加階數(shù)重作上述步驟,例,計(jì)算三節(jié)二項(xiàng)式變換器，匹配50的負(fù)載到100傳輸線(xiàn)。計(jì)算m=0.05時(shí)帶寬,解,如果上述指標(biāo)滿(mǎn)足要求，查表（N3,ZLZ02, 注意取50為特征阻抗）得,利用工具計(jì)算微帶線(xiàn)寬度和長(zhǎng)度,基片：FR4，介電常數(shù)：4.4，厚度：1mm，金屬厚度0.038mm。中心頻率2GHz,驗(yàn)證模型,切比雪夫多節(jié)匹配變換器,理想最平坦和切比雪夫多節(jié)匹配變換器的特性,五、漸變線(xiàn),指數(shù)漸變線(xiàn),阻抗變化特性,反射特性,三角漸變線(xiàn),阻抗變化特性,反射特性,Klopfenstein漸變線(xiàn),阻抗變化特性,通帶內(nèi)最大波紋,漸變線(xiàn)對(duì)比,課堂作業(yè),設(shè)計(jì)四分之一波長(zhǎng)微帶阻抗變換器，在1GHz附近實(shí)現(xiàn)50 和10