《傳輸線理論》ppt課件

1、 第三章 傳輸線實(shí)際 3.0 引言 傳輸線是引導(dǎo)電磁波的安裝。常見的傳輸線有： 平行雙線 同軸電纜 圓波導(dǎo) 矩形波導(dǎo) 微帶線 傳輸線用途：傳送微波信息 構(gòu)成微波元件 傳送微波能量 按任務(wù)方式分類： TEM 波導(dǎo) 傳輸線 外表波 TEM波傳輸線的主要構(gòu)造方式 ： 平行雙線 同軸線 微帶線( 準(zhǔn)TEM波 TEM波傳輸線通常采用“路的分析方法，即： 場問題 分布參數(shù) 等效電路 傳輸線方程 線上U、I變化規(guī)律 分析傳輸特性 分布參數(shù)是指：在高頻任務(wù)時(shí)，傳輸線上沿線各處都顯著存在電感、電容以及電阻和漏電導(dǎo)。以平行雙線為例： 線上電流 I產(chǎn)生磁通，/IL，可見線上存在電感效應(yīng)；兩導(dǎo)線間存在V，由于C Q/

2、V，可知有電容效應(yīng)；此外，線上還存在損耗電阻和漏電導(dǎo)。這些參數(shù)在傳輸線上是沿線分布的，故稱為分布參數(shù)。假設(shè)分布參數(shù)是沿線均勻的，那么稱該傳輸線為均勻傳輸線。 有了分布參數(shù)的概念之后，就可將均勻傳輸線劃分為許多無限小線段z ( z),那么每一個(gè)小線元可看成集總參數(shù)電路，其上有： 電阻 R z、電感L z、 電容C z 、漏電導(dǎo)G z。 LRCGzzzzz 其中： L單位長度來回導(dǎo)線上的電感 R單位長度來回導(dǎo)線上的電阻 C單位長度來回導(dǎo)線間的電容 G單位長度來回導(dǎo)線間漏電導(dǎo) 于是線元等效為集總元件構(gòu)成的型網(wǎng)絡(luò)，實(shí)踐的傳輸線那么表示成各線元等效網(wǎng)絡(luò)的級聯(lián)。 傳輸線的構(gòu)造、尺寸、填充介質(zhì)不同時(shí)，其分布

3、參數(shù)也不同： L C rDlnabln2rDlnabln2rDrln120abrln60CLCr2Da2b2 傳輸線上存在分布電感和分布電容，在高頻情況下必需思索電流、電壓的相位滯后效應(yīng)，所以傳輸線沿線上的u、i 既是時(shí)間的函數(shù)，又是空間位置的函數(shù)，即： ),(tzuu ),(tzii 3.1 傳輸線方程及其穩(wěn)態(tài)解 1. 均勻傳輸線方程 圖示一均勻平行雙線傳輸線系統(tǒng)。其中傳輸線的始端接微波信號源簡稱信源，終端接負(fù)載。選取傳輸線的縱向坐標(biāo)為z，坐標(biāo)原點(diǎn)位于終端，z的方向由終端指向始端。設(shè)在時(shí)辰t，位置z處的電壓、電流分別為 u(z,t) 和 i(z,t) ；而在位置z+z 處的電壓、電流分別為

4、u(z+ z ,t)和i(z+ z ,t)。 z上電壓u的變化，是由于電阻和電感上有電壓降： R上的壓降為 u=i Rz ， L上的壓降為 u tmtizL0zzLZzzz 在位移z上電流I 的變化，是由于漏電導(dǎo)和電容的分流： G上 iu Gz , C上 i 于是得到tuzCtuzCuzGitzitzzitizLizRutzutzzu),(),(),(),( 式中u 、i取正號，表示沿z方向電壓降低，電流減少。上式兩邊同除以z ，并令z 0，得均勻傳輸線方程：tuCGuzitiLRizu 對于時(shí)諧電壓和電流，可用復(fù)振幅表示為： 于是均勻傳輸線方程可改寫為：)()()()()()(zUCjGdz

5、zdIzILjRdzzdUtjtjezItziezUtzu)(Re),()(Re),( 任務(wù)在微波頻段的低耗傳輸線普通有： R L ，G C 。此時(shí)可略去R、G，上式變成： 稱為均勻無耗傳輸線方程。 CUjdzdILIjdzdU 2. 均勻無耗傳輸線方程的解 均勻無耗傳輸線方程第一式兩邊對z求導(dǎo)，有 同理，第二式兩邊對z求導(dǎo)，得ULCCUjLjdzdILjdzUd222)(ILCdzId222 于是得均勻無耗傳輸線的動(dòng)搖方程 ： 將上式寫成 00222222IdzIdUdzUd00222222ILCdzIdULCdzUd 式中 是傳輸線上導(dǎo)行波傳播的相位常數(shù)。該動(dòng)搖方程第一式的通解為 將U(z

6、)代回均勻無耗傳輸線方程第二式： jjeAeAzU21)(LCLIjdzdU 得 令 LIjejAejAjj)21LCLLCLCLZc)(1)(21jjceAeAZzI 于是得到傳輸線上距終端負(fù)載z處的電壓電流： 這是電壓、電流的復(fù)數(shù)表示式。 傳輸線上電壓和電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為：)(1)()(2121jjcjjeAeAZzIeAeAzU 由線上電壓、電流的表達(dá)式可知：)cos()cos()(Re),(2121ztAztAeeAeAtzutjjj)cos()cos(1)(1Re),(2121ztAztAZeeAeAZtzictjjjc 1線上任一點(diǎn)的電壓電流均由入射波和反射波的電壓電流疊加而成。

7、 2由于z是由 終端起算的， 隨 z添加相位不斷超前， 代表入射波； 隨 z添加相位不斷滯后， 表示反射波。 jeje入射波反射波0zzjezje 下面求待定系數(shù) ： 由邊境條件決議，運(yùn)用最多的情況是知終端的 。以 代入式21A、A21A、ALI和LULLIIUU)0(,)0(jjeAeAzU21)()(1)(21jjCeAeAZzI 得 整理得21A AUL)A(121AZIcL21CLLZIUA22CLLZIUA 所以在知終端負(fù)載的情況下，沿線的電壓、電流分別為：221)(22)(jcLLjcLLcjcLLjcLLeZIUeZIUZzIeZIUeZIUzULLLLLLZIUZUI, 分別代

8、入U(xiǎn)(z)和I(z)式，得 利用)1 ()1(2)()1 ()1(2)(jcLjcLLjLcjLcLeZZeZZIzIeZZeZZUzUxjeexeejxjxjxjxsin2,cos2 上式可改寫為： 有了沿線的電壓電流分布，我們就可以分析傳輸線的傳輸特性。zZUjzIzIzZjIzUzUcLLcLLsincos)(sincos)( 3.傳輸線的特性參數(shù) 1特性阻抗 傳輸線上入射波電壓與入射波電流的比值，即 傳輸線的特性阻抗，單位為。其倒數(shù)稱為特性導(dǎo)納，用 表示。iicIUZ CY 由 可知均勻無耗傳輸線的特性阻抗是個(gè)實(shí)數(shù)。值得留意的是：特性阻抗雖然是阻抗量鋼，但與真實(shí)電阻不同，它不耗費(fèi)能量。

9、傳輸線的特性阻抗與傳輸線的構(gòu)造尺寸和填充的介質(zhì)有關(guān)： 對于導(dǎo)線半徑為r、兩導(dǎo)線中心距為D的平行雙導(dǎo)線傳輸線，其特性阻抗為CLZc 對于內(nèi)、外導(dǎo)體半徑分別為a、b的無耗同軸線，其特性阻抗為 式中， 為內(nèi)、外導(dǎo)體間填充介質(zhì)的相對介電常數(shù)。常用的同軸線傳輸線的特性阻抗有50和75 二種。 abrln60)lg138(abrCLZcrDrln120)lg276(rDrCLZcr 2相速與波長 傳輸線上的相速定義為電壓、電流入射波(或反射波等相位面沿傳輸方向的傳播速度，用 表示。由等相位面的運(yùn)動(dòng)方程 兩邊對t微分，有 pv.constztdtdzvp 傳輸線上的波長與空間的波長有以下關(guān)系： 對于均勻無耗

10、傳輸線來說，由于 與成線性關(guān)系，故導(dǎo)行波的相速與頻率無關(guān)，稱為無色散波。當(dāng)傳輸線有損耗時(shí)， 不再與成線性關(guān)系，使相速與頻率有關(guān)，這稱為色散特性。rppfvv022 3.2 傳輸線阻抗與形狀參量 1.輸入阻抗 傳輸線上任一端口的電壓與電流的比值定義為該端口往負(fù)載端看去的輸入阻抗： 分子分母同時(shí)除以 ，得 zzUjzIzzjIzUzIzUZcLLcLLinsincossincos)()(zcos和LI 可見傳輸線上從不同端口往負(fù)載端看去的輸入阻抗 普通情況下， 沿線的輸入阻抗 是不同的。只需 時(shí) 才處處一樣。有關(guān)。以及、與zZ ZZLCincLZZ inZzztanjZZztanjZZZZLccL

11、cininZ 2.反射系數(shù) 由動(dòng)搖方程的解： 可知，假設(shè) ，即負(fù)載匹配時(shí)，線上只需入射波。普通情況下 ，即負(fù)載不匹配，負(fù)載不匹配時(shí)線上不僅存在入射波而且有反射波。cLZZ cLZZ )1()1(2)()1()1(2)(jcLjcLLjLcjLcLeZZeZZIzIeZZeZZUzU 為反映終端不匹配程度和線上反射波的大小，引入反射系數(shù)傳輸線任一點(diǎn)的反射波電壓或電流與入射波電壓或電流的比值，即 通常將電壓反射系數(shù)簡稱為反射系數(shù)，并記做z。反射系數(shù)越大，傳輸線上“波的起伏越大。)()()()(,zzIzIziri)()()(zUzUziru2)()()(jcLcLireZZZZzUzUzL)0(L

12、jLcLcLLeZZZZ 式中： 終端反射系數(shù)； 終端反射系數(shù)的模。 終端反射系數(shù)的相位表示 終端 的相位差。 LLiU與rUcLcLLZZZZ 于是，沿線各點(diǎn)的反射系數(shù)可寫成： 由于 與z無關(guān)，所以負(fù)載確定后，沿線各點(diǎn)反射系數(shù)的模是一樣的，均為 。當(dāng)然，各點(diǎn)反射系數(shù)的相位是不一樣的，而且是以 落后。 )2()(LjLezLL2 引入(z)后，傳輸線上的U、I可寫成 由此可得的 關(guān)系： )(1 )1(2)()(1 )1 (2)(zezzIzIzezzUzUjcLLjLcLz)(1z)(1ZZcinz)(與inZ 3.駐波系數(shù)與行波系數(shù) 由前面分析可知，終端不匹配的傳輸線上各點(diǎn)的電壓和電流由入射

13、波和反射波疊加而成。其結(jié)果沿線各點(diǎn)的電壓電流的振幅不同，構(gòu)成駐波，如圖。為描畫傳輸線 上駐波的大小，我 們引入駐波系數(shù)和 行波系數(shù)。IU ,z 駐波系數(shù)定義為：沿線電壓電流最大值與最小值之比，即 由于 ，所以 。 ，表示線上是行波， ，表示線上是駐波， 顯然，S越接近于1，負(fù)載與傳輸線的匹配越好。 11minmaxminmaxIIUUS10 S11, 0SS, 1 S與的 關(guān)系可改寫為 知S，由此式可求得 。 除駐波系數(shù)外，有時(shí)還用行波系數(shù)表示傳輸線上駐波的大小，行波系數(shù)定義為沿線電壓電流最小值與最大值之比，即11SS K與S互為倒數(shù)。 無反射 全反射SIIUUK1maxminmaxmin1,

14、 0SK0, 1, 1SK 習(xí)題 3.1 有一架空平行雙線，兩線中心距D15cm，導(dǎo)線半徑r0.1cm，任務(wù)頻率為100MHz。試求：單位長度上的分布參數(shù)L和C，相位常數(shù)，特性阻抗Zc，以及相速度和波長。 3.2 設(shè)無耗傳輸線的終端負(fù)載阻抗等于特性阻抗，如下圖。知 求 ，并寫出 處的 電壓瞬時(shí)值。 ,100030VeUjBCAUU ,CCBBAA,4/8/ABC 3.3 均勻無耗傳輸線任務(wù)形狀分析 由 可知 ： ，無反射 行波形狀cLcLLZZZZLLLLjxzzz0駐波狀態(tài)全反射駐波狀態(tài)全反射駐波狀態(tài)全反射111LLL0,LcLZZ 行駐波形狀 1.行波形狀 當(dāng) 時(shí)，線上只需入射波，為行波形

15、狀。這時(shí)1,LLLLjxRZ0,LcLZZjijcLLjijLcLeIeZZIzIeUeZZUzU)1(2)()1(2)( 寫成瞬時(shí)式： 行波特點(diǎn)： (1) 線上各點(diǎn)的電壓、電流振幅值不變，相位由始端到終端延續(xù)滯后(由于由始端到終端z遞減，如圖示。)cos(),()cos(),(00ztItziztUtzuLL 沿線電壓電流相位變化2的點(diǎn)間的間隔波長 ，由 0z1t2t2)(00ztzt 可得 傳輸線上波長與自在空間波長有以下關(guān)系： 2線上同一點(diǎn)的電壓、電流同相位。2r0 3 由 可見，線上各點(diǎn)的輸入阻抗均等于特性阻抗。 2. 駐波形狀cLLLinZZIUzIzUZ)()(LLLLjxZZZ0

16、終端接純電抗終端開路終端短路 在上述三種情況下，傳輸線上入射波在終端將全部被反射，沿線入射波和反射波疊加都構(gòu)成純駐波分布，獨(dú)一的差別在于駐波的分布位置不同。 (1)終端短路 將 ，代入式 0, 1,0LLLUZzzUjzIzIzzjIzUzUcLLcLLsincos)(sincos)( 可得 其瞬時(shí)式為： 短道路電壓、電流的表達(dá)式闡明： )cos(cos),()cos(sin),(2tzItzitzZItzuLcLzIzIzZjIzULcLcos)(sin)( a由于傳輸線終端短路，入射波在終端被全反射。反射波與入射波疊加 的結(jié)果，沿線電壓振幅隨 z作正弦變化， 電流振幅隨z作余弦變化。如下圖

17、。 0z42UI 由圖可見： 在距短路終端/2整數(shù)倍的點(diǎn)上，即 zn/2 的點(diǎn)n0，1，2,上，電 壓為最小值，電流有最大值， 電壓 節(jié)點(diǎn)或電流腹點(diǎn)。將 代入電壓、電流的瞬時(shí)式，得2 nzLIzImax)(0)(minzU 終端短道路在距終端 /4奇數(shù)倍，即 在z ，n0， 1， 這些點(diǎn)上： 電壓腹點(diǎn)或電流節(jié)點(diǎn))。 電壓或電流腹點(diǎn)與腹點(diǎn)相距/2，節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)相距/2；電壓或電流的腹點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)相距 。 4)12(ncLZIzUmax)(0)(minzI4 b由于相位中沒有kz項(xiàng)，當(dāng)時(shí)間t添加時(shí)，沿線各點(diǎn)電壓、電流只是在各自位置隨時(shí)間作簡諧變化。駐波腹點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)的位置是固定不變的。它相當(dāng)于弦振動(dòng)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)

18、只作上下振動(dòng)，波并不前進(jìn)。這一形狀，稱為駐波。電壓、電流瞬時(shí)分布曲線如以下圖示。 z u0i00tt2t)cos(sin),(2tzZItzucL02 在 t=0時(shí)辰，沿線電壓為0，各點(diǎn)電流到達(dá)各自的振幅值；當(dāng) t從0添加時(shí)，各點(diǎn)的電壓瞬時(shí)值同步增大，電流瞬時(shí)值同步減?。籺/2時(shí)，各點(diǎn)電壓到達(dá)各自的振幅值，沿線電流為 0。后半個(gè)周期電壓、電流向相反方向變化，故得到上面的圖形。 由圖可知：線上電壓電流在其兩節(jié)點(diǎn)之間同相，在節(jié)點(diǎn)兩側(cè)反相。線上任一點(diǎn)的電壓與電流在時(shí)間上有90度相位差，因此線上傳輸?shù)氖菬o功功率。 c短道路的阻抗特性 由短道路的電壓、電流表達(dá)式: 可得短道路的輸入阻抗 可見線上各點(diǎn)的輸

19、入阻抗為純電抗。 zjZZcintanzIzIzZjIzULcLcos)(sin)( 短道路輸入阻抗的沿線變化如以下圖所示。由圖可見： 電壓波節(jié)處， ，串聯(lián)諧振； 電壓波腹處， ，并聯(lián)諧振。 0z/4內(nèi)， ，純電感， /4z0時(shí) V0， 0時(shí)V0,可見以U軸為邊境，單位圓內(nèi)上半部區(qū)域?yàn)楦锌梗掳氩繛槿菘埂?當(dāng) 等電抗等圓退化為1，0點(diǎn)。 , 0, 1, 0,ooVUrX時(shí), 1,0ooVUrX時(shí)XXXX 3導(dǎo)納圓圖導(dǎo)納圓圖 在阻抗圓圖上給出一個(gè)在阻抗圓圖上給出一個(gè) P點(diǎn)，然后沿點(diǎn)，然后沿 等等 圓轉(zhuǎn)過圓轉(zhuǎn)過180度相應(yīng)于線上點(diǎn)移度相應(yīng)于線上點(diǎn)移/4 間隔，得到新點(diǎn)間隔，得到新點(diǎn)Q。由于。由于P

20、、Q兩點(diǎn)相兩點(diǎn)相 距距/4，所以有，所以有 ,即即 由于導(dǎo)納是阻抗的倒數(shù)，即由于導(dǎo)納是阻抗的倒數(shù)，即 所以所以 ，即，即Q點(diǎn)的阻抗值就是點(diǎn)的阻抗值就是P點(diǎn)點(diǎn)PCQZZZ2PQZZ1ZjBGY1PQYZ 的導(dǎo)納值。因此求P點(diǎn)的導(dǎo)納，只需將P 點(diǎn)在阻抗圓圖上沿等 圓轉(zhuǎn)過 180度到Q 點(diǎn)，讀出Q點(diǎn)的歸一化阻抗值即為P點(diǎn)的 歸一化導(dǎo)納。 根據(jù)上述特點(diǎn)，將阻抗圓圖轉(zhuǎn)180 度，即得導(dǎo)納圓圖，如下圖。對導(dǎo)納 圓圖而言，原先阻抗圓圖的等電阻圓變 成等電導(dǎo)圓，等電抗圓變成等電納圓。 原先圖中的標(biāo)稱數(shù)字全部不變。13215 . 01 . 0UjVGBBUjVRXX 阻抗圓圖與導(dǎo)納圓圖的特點(diǎn)： 0，0點(diǎn)： 1，

21、0點(diǎn)： 1，0點(diǎn)： 上半單位圓周：匹配點(diǎn), 0, 1XR開路點(diǎn), XR匹配點(diǎn), 0, 1BG短路點(diǎn), BG短路點(diǎn), 0 XR開路點(diǎn), 0 BG純電感, 0, 0XR純電感, 0, 0BG 下半單位圓周： 實(shí)軸右邊： 實(shí)軸左邊： 上半圓： 下半圓：純電容, 0, 0XR純電容, 0, 0BG電壓腹點(diǎn), 0SRX電壓腹點(diǎn) , 0KGB 電壓節(jié)點(diǎn), 0KRX電壓節(jié)點(diǎn) , 0SGB 感抗, 0X感抗, 0G容抗, 0X容抗, 0G 2. 阻抗圓圖的運(yùn)用阻抗圓圖的運(yùn)用 1通用阻抗圓圖通用阻抗圓圖 通用阻抗圓圖，如上圖所示。由阻抗圓圖構(gòu)成可知：阻抗圓圖由等反射系數(shù)圓、等相位線、等電阻圓、等電抗圓構(gòu)成。圓圖

22、上的點(diǎn)給出了傳輸線上相應(yīng)點(diǎn)的 、 、 或S、K、 。 但通用阻抗圓圖中沒有畫等 圓，也沒有畫等S圓，而是在右實(shí)軸上標(biāo)出S的值,左實(shí)軸上標(biāo)出K的值。由右實(shí)軸刻度讀出S ，那么 。 等 圓的 值也由S或K給出。) 1() 1(SSRXRR 通用圓圖中也沒畫等相位線，而是 在外圓上標(biāo)示 值。作單位圓圓心到該 幅角讀數(shù)的連線，那么得該連線上各點(diǎn)的 幅角讀數(shù)。對于給定的 A點(diǎn)，可作圓心 O點(diǎn)與A 點(diǎn)的連線交于外圓，由外圓可 讀出A點(diǎn)的反射系數(shù)相位。 通用阻抗圓 圖中，在單位圓外還標(biāo)出電長度的的刻 度。電長度是指傳輸線上點(diǎn)挪動(dòng)的間隔 與的比值。 2圓圖運(yùn)用舉例 圓圖是微波工程設(shè)計(jì)的重要圖解工具，廣泛運(yùn)用于

23、阻抗、導(dǎo)納、匹配以及微波元部件的設(shè)計(jì)計(jì)算。要正確熟練地運(yùn)用圓圖，除了了解圓圖的構(gòu)成及特點(diǎn)之外，更主要的是經(jīng)過大量實(shí)踐運(yùn)算。下面的例題僅作為加深對圓圖了解的根本練習(xí)。 例1：知傳輸線的特性阻抗 ，終端接負(fù)載阻抗 ，求終端電壓反射系數(shù) 。 解： 1計(jì)算歸一化負(fù)載阻抗值。 在阻抗圓圖上找到 兩圓的交點(diǎn)A，A點(diǎn)即 在圓圖中的位置。300cZ240180jZLL8 . 06 . 0300240180jjZZZcLL8 . 0, 6 . 0XRLZ2確定終端反射系數(shù)的模 。 作經(jīng)過A點(diǎn)的反射系數(shù)圓與右實(shí)軸純電阻線交于B點(diǎn)。B點(diǎn)的駐波比刻度 S=3即歸一化電阻 )，因此 等于 (3)確定終端反射系數(shù)的相位

24、。 作射線OA與外圓相交，即可讀得： 。5 . 0131311SSLL3BRL090LL 所以終端反射系數(shù)為： 。0905 . 0jLeRX6 . 08 . 03oA090LS習(xí)題習(xí)題 3.5 知同軸線特性阻知同軸線特性阻抗抗 ，信號波長，信號波長10cm，終端電壓反射，終端電壓反射系數(shù)系數(shù) 。求。求1終端負(fù)終端負(fù)載阻抗；載阻抗；2電壓波腹電壓波腹和波節(jié)處的阻抗；和波節(jié)處的阻抗；3接近終端第一個(gè)電壓波接近終端第一個(gè)電壓波腹及波節(jié)點(diǎn)距終端的間腹及波節(jié)點(diǎn)距終端的間隔。隔。 3.6 用特性阻抗用特性阻抗50的丈的丈量線測得負(fù)載的駐波比量線測得負(fù)載的駐波比S1.66，第一個(gè)電壓波節(jié)，第一個(gè)電壓波節(jié)點(diǎn)距

25、終端點(diǎn)距終端10cm，相鄰波，相鄰波節(jié)點(diǎn)相距節(jié)點(diǎn)相距50cm，求，求 。L0502 . 0jeLZ50CZ3.5 阻抗匹配阻抗匹配 1.傳輸線的三種匹配形狀傳輸線的三種匹配形狀 阻抗匹配具有三種不同的含義，阻抗匹配具有三種不同的含義，分別是負(fù)載阻抗匹配、源阻抗匹配分別是負(fù)載阻抗匹配、源阻抗匹配和共軛阻抗匹配，它們反映了傳輸和共軛阻抗匹配，它們反映了傳輸線上不同的匹配形狀。線上不同的匹配形狀。 1負(fù)載阻抗匹配負(fù)載阻抗匹配 負(fù)載阻抗匹配是指負(fù)載阻抗等負(fù)載阻抗匹配是指負(fù)載阻抗等于傳輸線的特性阻抗。此時(shí)傳輸線于傳輸線的特性阻抗。此時(shí)傳輸線上只需從信源到負(fù)載的入射波而無上只需從信源到負(fù)載的入射波而無反射

26、波。這是反射波。這是 由于負(fù)載完全吸收了由信號源入射來的微波功率。不匹配負(fù)載會(huì)將功率反射回去在傳輸線上構(gòu)成駐波。當(dāng)反射波較大時(shí)，波腹電場要比行波電場大的多，容易發(fā)生擊穿。這就限制了傳輸線的最大傳輸功率，因此要采取措施進(jìn)展負(fù)載阻抗匹配。負(fù)載阻抗匹配普通采用阻抗匹配器。 2源阻抗匹配 電源的內(nèi)阻等于傳輸線的特性阻抗 時(shí)，電源與傳輸線是匹配的，這種電源稱為匹配源。對匹配源來說，它給傳輸線的入射功率是不隨負(fù)載變化的，負(fù)載有反射時(shí)，反射回來的反射波被匹配源吸收。對于不匹配源，可以用阻抗變換器變成匹配源，但常用的方法是加一個(gè)隔離器，隔離器的作用是吸收反射波。 3共軛阻抗匹配 設(shè)信源電壓為 、內(nèi)阻抗 ， 傳

27、輸線的特性阻抗為 ，傳輸線的始端gEgggjXRZcZ 輸入阻抗為 。 如下圖，共軛匹配要求 即 在此條件下信源 輸出的最大功率：ininjXRinZginZZginginXXRR,ggingggREZZREP82222maxinZgZgZ 由于共軛匹配時(shí)，負(fù)載與傳輸線并沒有實(shí)現(xiàn)匹配，所以普通情況下，線上電壓、電流呈行駐波分布?？梢宰C明，假設(shè)輸入端有 ，那么無耗傳輸線的輸出端或線上任一點(diǎn)處的等效輸出阻抗 與負(fù)載阻抗 也滿足 。 2.阻抗匹配的方法 對一個(gè)由信源、傳輸線和負(fù)載組成的微波傳輸系統(tǒng)，希望信號源給出最大功率，負(fù)載可以吸收全部入射波功率，ginZZoutZLoutZZLZ 以實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定

28、的傳輸。因此，一方面運(yùn)用阻抗匹配器使信號源內(nèi)阻與傳輸線輸入端阻抗實(shí)現(xiàn)共軛匹配；另一方面運(yùn)用阻抗匹配器使負(fù)載與傳輸線特性阻抗相匹配，如下圖。由于信源端普通用隔離器或去耦衰減器來實(shí)現(xiàn)信源端的匹配，因此下面著重討論負(fù)載匹配方法。 器配匹器配匹 1)/4阻抗變換器 該匹配方法利用的是傳輸線的阻抗變換性質(zhì)。假設(shè)負(fù)載 時(shí)，在負(fù)載與傳輸線之間插入一段/4 長的阻抗變換段，即可使傳輸線匹配。根據(jù)/4 阻抗變換性可知變換段的特性阻抗為 當(dāng) 不是純電阻時(shí)，作如下處置, 將 等效到波節(jié)或波腹處，在該處插入/4 阻抗變換器，插入點(diǎn)距終端的LccZZZ1cLLZRZLZLZ 間隔可利用圓圖求出。插入段的特性阻抗為 該方

29、法是點(diǎn)頻匹配。要實(shí)現(xiàn)寬帶匹配，須采用多節(jié)/4 阻抗變換器。（電壓波腹點(diǎn)）或電壓波節(jié)點(diǎn)）SZZSZZcccc11(/4/ (2)支節(jié)調(diào)配器 支節(jié)調(diào)配器也稱分支線調(diào)配器。其調(diào)配的原理是利用分支線電抗產(chǎn)生一新的反射，來抵消原來不匹配負(fù)載引起的反射。調(diào)配器電路如下圖，分支線由裝有可挪動(dòng)短路活塞的短截線構(gòu)成，作為可調(diào)電納元件運(yùn)用。 當(dāng)負(fù)載導(dǎo)納不等于特性 導(dǎo)納時(shí)，適中選擇分支 線離傳輸線終端的間隔cY21YY d和支節(jié)長度 l即可實(shí)現(xiàn)匹配，使分支線左邊的傳輸線任務(wù)在行波形狀。由于要求支節(jié)左側(cè)呈行波，故必需有 根據(jù)此方程，利用導(dǎo)納圓圖可以很方便地確定d和l。下面是根本步驟。 將 歸一化 。在導(dǎo)納 圓圖上找到

30、 點(diǎn)A點(diǎn)。 將A點(diǎn)沿等反射系數(shù)圓順時(shí)針向電源方向轉(zhuǎn)到與 的圓交于P點(diǎn)或121YYYinLYcLLYYY 1GLY Q 點(diǎn)。P點(diǎn)或 Q點(diǎn)即為分支線的接入點(diǎn)。(由于支節(jié)引入純電納只能抵消虛部，不能改動(dòng)實(shí)部，故須在 處接入。 在圓圖上可讀得 由A轉(zhuǎn)到P、Q 的 電長度分別為： ， 。這就 是兩接入點(diǎn)與終 端的間隔。1GQdPdAPQQdPd 另由圓圖讀得P點(diǎn)、Q點(diǎn)的導(dǎo)納值分別為 分支線的輸入 電納，由 可知，在P點(diǎn)、Q點(diǎn)接 入應(yīng)分別為 位于單位圓圓周上的M、N點(diǎn)。 QQPPBjYBjY1212QPYY22,APQMN121YYQQPPBjYBjY11111,1 這是由于P,Q,M,N點(diǎn)電抗的大小是一

31、樣的。 將M點(diǎn)或N點(diǎn)沿單位圓逆時(shí)針向負(fù)載方向 轉(zhuǎn)到導(dǎo)納圓圖上 的短路點(diǎn)。讀出 所轉(zhuǎn)過的電長度， 即為分支線的電 長度 。APQMNll 對單支節(jié)調(diào)配器而言，當(dāng)負(fù)載導(dǎo)納改動(dòng)時(shí)，分支線的長度和接入位置都要改動(dòng)。假設(shè)要求支節(jié)的接入位置不變，而到達(dá)匹配的目的，就必需采用雙支節(jié)或三支節(jié)調(diào)配器。 例題：知無耗傳輸線的特性阻抗為200，終端接 50j50的負(fù)載，假設(shè)采用/4 阻抗變換器進(jìn)展匹配，試求變換段的特性阻抗 及接入位置 d；假設(shè)采用并聯(lián)短路單支節(jié)調(diào)配，試求支節(jié)接入位置d及支節(jié)長度l。 解：取歸一化 1 位于圓圖的A點(diǎn)，沿等S圓22,25. 025. 02005050jYjjZLLLZ1cZ 順時(shí)針轉(zhuǎn)到波腹點(diǎn)P，在阻抗圓圖上讀得P點(diǎn)的歸一化電阻為4.27，所以 /4 阻抗變換器 的接入位置d為： (2) 位于 導(dǎo)納圓圖