微波技術(shù)基礎(chǔ)7-阻抗匹配ppt課件

1、阻抗匹配的重要性：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；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、功率容量與任務(wù)穩(wěn)定性；關(guān)系到系統(tǒng)的傳輸效率、功率容量與任務(wù)穩(wěn)定性；關(guān)系到微波元器件的性能以及微波丈量的系統(tǒng)誤差和關(guān)系到微波元器件的性能以及微波丈量的系統(tǒng)誤差和丈量精度。丈量精度。 阻抗匹配的分類：阻抗匹配的分類： 無反射匹配無反射匹配 共軛匹配共軛匹配 傳輸線的電路實(shí)際傳輸線的電路實(shí)際l的反射。的反射。l實(shí)踐情況：負(fù)載不匹配而產(chǎn)生反射波，但實(shí)踐情況：負(fù)載不匹配而產(chǎn)生反射波，但波源匹配將波源匹配將l不產(chǎn)生二次反射。不產(chǎn)生二次反射。0L 0g 傳輸線的電

2、路實(shí)際傳輸線的電路實(shí)際阻抗匹阻抗匹配配l共軛匹配共軛匹配l 特點(diǎn)：負(fù)載吸收最大功率的匹配。特點(diǎn)：負(fù)載吸收最大功率的匹配。l 匹配條件：傳輸線上任一參考面匹配條件：傳輸線上任一參考面T向負(fù)載向負(fù)載看去的輸入看去的輸入l 阻抗與向波源看去的輸入阻抗互為共軛，阻抗與向波源看去的輸入阻抗互為共軛，即即 l 如圖：如圖： l T處處向負(fù)載看去：向負(fù)載看去：l l 向波源看去：向波源看去：TT右左000LinininLLLLj tgRjXZRjXj tg ggRjX g 傳輸線的電路實(shí)際傳輸線的電路實(shí)際阻抗匹阻抗匹配配根據(jù)電路實(shí)際，圖中根據(jù)電路實(shí)際，圖中 吸收最大功率的條件為吸收最大功率的條件為:即：即：

3、 兩者的電阻應(yīng)相等，電抗的數(shù)值相等，而性質(zhì)相反。兩者的電阻應(yīng)相等，電抗的數(shù)值相等，而性質(zhì)相反。 LLg LgLgRRXX 傳輸線的電路實(shí)際傳輸線的電路實(shí)際阻抗匹阻抗匹配配l22211Re22()()LLLLgLgLgRPV IERRXX0gLZZZ22211Re28gLmLLgggRPV IERXgR 傳輸線的電路實(shí)際傳輸線的電路實(shí)際阻抗匹阻抗匹配配,LgXXLgRR 218LcmggPERLcmLmPPgZLZ0gLXX 傳輸線的電路實(shí)際傳輸線的電路實(shí)際阻抗匹阻抗匹配配負(fù)載匹配的其它優(yōu)點(diǎn)負(fù)載匹配的其它優(yōu)點(diǎn)傳輸線的功率容量最大傳輸線的功率容量最大傳輸線的效率最高傳輸線的效率最高微波源任務(wù)較穩(wěn)定

4、微波源任務(wù)較穩(wěn)定 傳輸線的電路實(shí)際傳輸線的電路實(shí)際阻抗匹阻抗匹配配匹配網(wǎng)絡(luò)的要求：匹配網(wǎng)絡(luò)的要求：簡(jiǎn)單、易行、可靠；附加損耗??；頻簡(jiǎn)單、易行、可靠；附加損耗?。活l帶寬；可調(diào)理以匹配可變的負(fù)載阻抗帶寬；可調(diào)理以匹配可變的負(fù)載阻抗僅用于丈量系統(tǒng)。僅用于丈量系統(tǒng)。 阻抗匹配的方法阻抗匹配的方法 傳輸線的電路實(shí)際傳輸線的電路實(shí)際阻抗匹阻抗匹配配 阻抗變換器阻抗變換器 置于特性阻抗不同的均勻傳置于特性阻抗不同的均勻傳輸線之間或傳輸系統(tǒng)與負(fù)載之間起輸線之間或傳輸系統(tǒng)與負(fù)載之間起阻抗匹配作用。阻抗匹配作用。 4g常用的匹配方法常用的匹配方法 傳輸線的電路實(shí)際傳輸線的電路實(shí)際阻抗匹阻抗匹配配對(duì)于該圖所示的構(gòu)造

5、，容易推導(dǎo)要使對(duì)于該圖所示的構(gòu)造，容易推導(dǎo)要使T處處由于無耗傳輸線的特性阻抗是實(shí)數(shù)，因此，由于無耗傳輸線的特性阻抗是實(shí)數(shù)，因此， 阻抗變阻抗變換器原那么上只用于匹配純電阻負(fù)載，即換器原那么上只用于匹配純電阻負(fù)載，即 ，所以，所以 0in 00L 4/gLLR00LR 傳輸線的電路實(shí)際傳輸線的電路實(shí)際阻抗匹阻抗匹配配阻抗匹配時(shí)，那么阻抗匹配時(shí)，那么假設(shè)負(fù)載值為復(fù)數(shù)，仍可運(yùn)用假設(shè)負(fù)載值為復(fù)數(shù)，仍可運(yùn)用 阻抗變換器，只需將接阻抗變換器，只需將接入點(diǎn)選在電壓波節(jié)或電壓波腹處。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通常選在電壓波節(jié)處接入為宜，可使變換器的特性阻抗

6、小于主傳輸線的特性阻抗。小于主傳輸線的特性阻抗。 00102 4/g 傳輸線的電路實(shí)際傳輸線的電路實(shí)際阻抗匹阻抗匹配配 阻抗匹配器屬于點(diǎn)頻匹配，即使思索一定的反射容阻抗匹配器屬于點(diǎn)頻匹配，即使思索一定的反射容限，相對(duì)帶寬也較窄。限，相對(duì)帶寬也較窄。多節(jié)多節(jié) 阻抗變換器，可獲得更寬的任務(wù)頻帶阻抗變換器，可獲得更寬的任務(wù)頻帶兩節(jié)兩節(jié) 阻抗變換器由兩節(jié)不同特性阻抗的傳輸線段級(jí)阻抗變換器由兩節(jié)不同特性阻抗的傳輸線段級(jí)聯(lián)而成。聯(lián)而成。 4/g4/g4/g 傳輸線的電路實(shí)際傳輸線的電路實(shí)際阻抗匹阻抗匹配配3440100LRR340201/LLRRR 0LRRZ 傳輸線的電路實(shí)際傳輸線的電路實(shí)際阻抗匹阻抗匹

7、配配 單支節(jié)匹配器是在間隔負(fù)載單支節(jié)匹配器是在間隔負(fù)載d d處并聯(lián)或串聯(lián)處并聯(lián)或串聯(lián)長(zhǎng)度為長(zhǎng)度為L(zhǎng) L的終端短路或開路的短截線構(gòu)成。調(diào)理的終端短路或開路的短截線構(gòu)成。調(diào)理d d和和L L就可以實(shí)現(xiàn)阻抗調(diào)配，從而到達(dá)阻抗匹配目的。就可以實(shí)現(xiàn)阻抗調(diào)配，從而到達(dá)阻抗匹配目的。 單支節(jié)匹配器單支節(jié)匹配器串聯(lián)支節(jié)串聯(lián)支節(jié)并聯(lián)支節(jié)并聯(lián)支節(jié) 傳輸線的電路實(shí)際傳輸線的電路實(shí)際阻抗匹阻抗匹配配 設(shè)計(jì)并聯(lián)單支節(jié)匹配器的義務(wù)在于確定負(fù)載設(shè)計(jì)并聯(lián)單支節(jié)匹配器的義務(wù)在于確定負(fù)載到參考面的間隔到參考面的間隔d d和支節(jié)長(zhǎng)度和支節(jié)長(zhǎng)度L L?？刹捎媒馕龇ɑ??？刹捎媒馕龇ɑ驁D解法來計(jì)算。圖解法來計(jì)算。并聯(lián)單支節(jié)匹配器并聯(lián)單支

8、節(jié)匹配器 傳輸線的電路實(shí)際傳輸線的電路實(shí)際阻抗匹阻抗匹配配該方法較為復(fù)雜，可根據(jù)負(fù)載的詳細(xì)情況，分兩類討論：該方法較為復(fù)雜，可根據(jù)負(fù)載的詳細(xì)情況，分兩類討論：第一種情況：第一種情況： 為純阻負(fù)載，即為純阻負(fù)載，即支節(jié)接入位置：支節(jié)接入位置：支節(jié)長(zhǎng)度：支節(jié)長(zhǎng)度： LYLLYG11cos41gLLGdG121gLLGltgG解析法解析法 傳輸線的電路實(shí)際傳輸線的電路實(shí)際阻抗匹阻抗匹配配第二種情況：第二種情況： 為復(fù)數(shù)為復(fù)數(shù)思緒：先計(jì)算出波節(jié)的位置思緒：先計(jì)算出波節(jié)的位置 ，接入點(diǎn)處的輸入導(dǎo)納，接入點(diǎn)處的輸入導(dǎo)納值便為實(shí)數(shù)。最后可算出：值便為實(shí)數(shù)。最后可算出：LLLYGj minl1min0min1

9、cos41gSddS121gSltgS 傳輸線的電路實(shí)際傳輸線的電路實(shí)際阻抗匹阻抗匹配配求解較為簡(jiǎn)單，可分為兩個(gè)步驟。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)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)圓交作等反射系數(shù)圓交 的匹配圓與的匹配圓與A、B 讀出點(diǎn)讀出點(diǎn)M順時(shí)轉(zhuǎn)至順時(shí)轉(zhuǎn)至A、B的長(zhǎng)度的長(zhǎng)度 、 讀出讀出A、B處得導(dǎo)納值處得導(dǎo)納值 、1G 1d2d1jb1jb圖解法圖解法2.2.在在 處并聯(lián)一個(gè)短路支節(jié)：處并聯(lián)一個(gè)短路支節(jié)：由導(dǎo)納圓圖中的短路點(diǎn)由導(dǎo)納圓圖中的短路點(diǎn)C C 順時(shí)轉(zhuǎn)至順時(shí)轉(zhuǎn)至 點(diǎn)點(diǎn)D CD C、D D間間的間隔即為支節(jié)歸一化電

10、長(zhǎng)度。的間隔即為支節(jié)歸一化電長(zhǎng)度。在在 處并聯(lián)一個(gè)短路支節(jié)：處并聯(lián)一個(gè)短路支節(jié)：由導(dǎo)納圓圖中的短路點(diǎn)由導(dǎo)納圓圖中的短路點(diǎn)C C 順時(shí)轉(zhuǎn)至順時(shí)轉(zhuǎn)至 點(diǎn)點(diǎn) C C點(diǎn)與該點(diǎn)點(diǎn)與該點(diǎn)的間隔即為支節(jié)歸一化電長(zhǎng)度。的間隔即為支節(jié)歸一化電長(zhǎng)度。jb1d2djb 用圖解法計(jì)算：串聯(lián)單支節(jié)與計(jì)算并聯(lián)單支用圖解法計(jì)算：串聯(lián)單支節(jié)與計(jì)算并聯(lián)單支節(jié)完全類似，但這時(shí)應(yīng)在阻抗圓圖上進(jìn)展。節(jié)完全類似，但這時(shí)應(yīng)在阻抗圓圖上進(jìn)展。 用解析法計(jì)算：采用并聯(lián)支節(jié)類似的分析用解析法計(jì)算：采用并聯(lián)支節(jié)類似的分析此時(shí)用阻抗而不用導(dǎo)納，可得串聯(lián)支節(jié)接入此時(shí)用阻抗而不用導(dǎo)納，可得串聯(lián)支節(jié)接入位置位置 串聯(lián)支節(jié)長(zhǎng)度為串聯(lián)支節(jié)長(zhǎng)度為1min1c

11、os41gSdlS112gSltgS 串聯(lián)單支節(jié)匹配器串聯(lián)單支節(jié)匹配器 傳輸線的電路實(shí)際傳輸線的電路實(shí)際阻抗匹阻抗匹配配優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：匹配不同負(fù)載時(shí)，只需調(diào)理支節(jié)長(zhǎng)度匹配不同負(fù)載時(shí)，只需調(diào)理支節(jié)長(zhǎng)度L L，無需調(diào)理，無需調(diào)理d;d;三支節(jié)匹配器客服了雙支節(jié)匹配區(qū)存在三支節(jié)匹配器客服了雙支節(jié)匹配區(qū)存在“匹配禁區(qū)的缺陷。匹配禁區(qū)的缺陷。 雙支節(jié)匹配器與三支節(jié)匹配器雙支節(jié)匹配器與三支節(jié)匹配器 傳輸線的電路實(shí)際傳輸線的電路實(shí)際阻抗匹阻抗匹配配 線與線與 支節(jié)結(jié)合匹配器支節(jié)結(jié)合匹配器4/g4/g 傳輸線的電路實(shí)際傳輸線的電路實(shí)際阻抗匹阻抗匹配配 當(dāng)當(dāng) 阻抗匹配器節(jié)數(shù)添加時(shí)，兩節(jié)之間阻抗變阻抗匹配器節(jié)數(shù)添加

12、時(shí)，兩節(jié)之間阻抗變換就較??；當(dāng)節(jié)數(shù)無限多的極限情況下，就變成換就較?。划?dāng)節(jié)數(shù)無限多的極限情況下，就變成了延續(xù)的漸變傳輸線?？蓪?shí)現(xiàn)較寬頻帶內(nèi)的匹配。了延續(xù)的漸變傳輸線?？蓪?shí)現(xiàn)較寬頻帶內(nèi)的匹配。/4漸變傳輸線匹配器漸變傳輸線匹配器 傳輸線的電路實(shí)際傳輸線的電路實(shí)際阻抗匹阻抗匹配配 0000000000( )( )11ln( )ln( )( )( )2( )22zdzdddzdzzdzzdzzdz 2201ln( )2jzjzdddz eezdzdz 此反射系數(shù)對(duì)漸變線輸入端總反射系數(shù)的奉獻(xiàn)為此反射系數(shù)對(duì)漸變線輸入端總反射系數(shù)的奉獻(xiàn)為 2001ln( )2Ljzdezdzdz 于是于是 傳輸線的電路實(shí)際傳輸線的電路實(shí)際阻抗匹阻抗匹配配例如例如000( )(0)bzbzzee 00ln( )lnzbz 00ln( )lnlnLLRbL 當(dāng)當(dāng)z=L時(shí)時(shí)因此因此011lnlnLRbRLLR為阻抗變換比為阻抗變換比 傳輸線的電路實(shí)際傳輸線的電路實(shí)際阻抗匹阻抗匹配配最后可得最后可得2001ln1sinlnln22Ljzj LdRLezdzeRdzLL LLRsinln21LLRsinln21設(shè)計(jì)指數(shù)線匹配器的普通步驟是：設(shè)計(jì)指數(shù)線匹配器的普通步驟是