微波技术传输线的阻抗匹配.pptVIP

作 业 1-18, 1-19, 1-20, 1-21 第18题: 第六节 传输线的阻抗匹配 一、阻抗匹配的概念 阻抗匹配是使微波系统无反射、载行波尽量接近行 波状态的技术措施。 1. 阻抗匹配的重要性 (1) 匹配时传输功率最大，功率损耗最小； (2) 阻抗匹配可改善系统的信噪比； (3) 功率分配网络(如天线阵的馈源网络)中的阻抗匹 配将降低幅度和相位的误差； (4) 阻抗匹配可保持信号源工作的稳定性； (5)阻抗匹配可提高传输线的功率容量( )。 2. 阻抗匹配问题 1). 共轭匹配 目的：使信号源的功率输出最大。 条件： 2) 无反射匹配 目的：使传输线上无反射波，即工作于行波状态。 条件：Zg= ZL= Z0 。 实际中传输线的始端和终端很难做到无反射匹配， 通常在信号源输出端接入隔离器以吸收反射波，而在传 输线与负载之间使用匹配装置用来抵消反射波。 二、阻抗匹配的方法 抗作为等效负载与传输线的特性阻抗相等。 匹配器是一个两端口的微波元件，要求可调以适应 不同负载，其本身不能有功率损耗，应由电抗元件构成。 匹配阻抗的原理是产生一种新的反射波来抵消实际 负载的反射波(二者等幅反相)，即“补偿原理”。 常用的匹配器有l/4 阻抗变换器和支节匹配器。 1. l/4 阻抗变换器 由一段特性阻抗为Z01的 l/4 传输线构成。如图示，有： 单节l/4阻抗匹配器的主要缺点是频带窄。 当工作波长为 l0 时，l =l0/4 , 对单一工作频率f0 ，当 通常用分数带宽Wq表示频带宽度， Wq与qm有如下关系 2. 支节调配器 支节调配器是在距终端负载的某一处并联或串联短 路或开路支节。有单支节、双支节或多支节匹配器，常 用并联调配支节。 1). 单支节匹配器 2). 双支节匹配器 双支节匹配器的工作原理： 2) 调配过程 重述调配过程 显然，双支节匹配器也有两组解，应选取较合理的 一组( l1 、l2 较短的)。 （自习p40-p41例题） 问题：1） l1 、l2 的作用是什么？ 2）双支节匹配器的优、缺点及克服缺点的办法。 3). 三支节匹配器 三支节匹配器为二支节匹配器的组合。l1、l2 为一组， l2、l3 为一组。首先， l3 = l /4 (闲置)，由l1、l2 调配；若 *第七节 传输线的计算机辅助计算 随着计算机技术的普及和发展，计算机辅助分析 (CAA)和计算机辅助设计(CAD)获得广泛应用。传输 线问题也可借助计算机进行辅助计算。 我们已用VC++编制圆图及阻抗匹配的计算软件， 有机会可以做演示。希望同学们积极尝试各种软件 的应用。 本章小结 1. 微波传输线是一维分布参数电路。传输线可用于 传输微波信号能量及构成各种微波元器件。 2. 传输线方程可由传输线的等效电路导出，它是传 输线理论中的基本方程。 均匀无耗传输线方程： 3. 均匀无耗传输线有三种工作状态: (1) 当ZL=Z0 (匹配)时，线上只有入射波行波，电压、 电流振幅不变，相位沿传播方向滞后； Zin(z)=Z0 ；电磁能量全部被负载吸收。 (2) 当ZL=0、?、?jXL 时，线上载驻波。入射波和反 射波的振幅相等，驻波的波腹为入射波的两倍， 波节为零；电压波腹处的阻抗无限大，电压波节 处的阻抗为零，沿线其余各点的阻抗均为纯电抗； 无电磁能量的传输，只有电磁能量的交换。 (3) 当ZL= RL ?jXL 时，线上载行驻波。行驻波的波腹小 于两倍入射波，波节不为零；电压波腹点的阻抗为 Rmax = r Z0 ，电压波节点的阻抗为Rmin = Z0 /r ；电 磁能量一部分被负载吸收, 另一部分被负载反射回去。 4. 传输线具有阻抗变换作用， Zin(z)为分布阻抗， 5. 反射系数、驻波系数和行波系数是表征反射 波大小的参量。 6. 均匀无耗传输线的传输功率为： * * 满足共轭匹配条件的信号源输出的最大功率为: 信号源 隔离器 匹配器 负载 隔离器又称单向器，是非互易器件