微波传输线匹配理论.docVIP

实验十七 微波传输线匹配理论 一、实验目的 了解基本的阻抗匹配理论及阻抗变换器的设计方法。 利用实验模组实际测量以了解匹配电路的特性。 学会使用软件进行相关电路的设计和仿真，分析结果。 二、预习内容 熟悉微波课程有关阻抗匹配的理论知识。 熟悉微波课程有关阻抗变换器的理论知识。 三、实验设备 项次 设备名称 数量 备注 1 微波扫频仪 1套 2 微波功分器 1只 3 50Ω BNC 连接线 2条 四、理论分析 基本阻抗匹配理论： 如图1（a）所示：输入信号经过传输以后，其输出功率与输入功率之间存在以下关系，信号的输出功率直接决定于输入阻抗与输出阻抗之比。 图1(a) : 输出输入功率关系图 输出功率与阻抗比例的关系图见图14－1（b）。 由图1(b)可知，当RL=RS 时可获得最大输出功率，此时为阻抗匹配状态。 推而广之，如图1（c）所示，当输入阻抗ZS 与负载阻抗ZL间有ZS=ZL*的关系时，满足广义阻抗匹配的条件。所以，阻抗匹配电路也可以称为阻抗变换器（Impedance Transformer）。 当ZL=ZS*,即是[匹配](Matched) 图1(c) : 广义阻抗匹配关系图 阻抗变换器的设计原理： 阻抗变换器的设计方法，根据使用元件及工作频率高低，大致可分为无源元件型（Lumped Device Type）和传输线型（Transmission Line Type）两种。 Ⅰ.无源元件型 此种电路是利用电感及电容来设计。根据工作频宽的大小，基本上可分为L 形（L-Network）、T形（T-Network）及П(П-Network)等三种。 L形匹配电路（L-type Matching Network） 步骤一：决定工作频率fc、输入阻抗RS 及输出阻抗RL 。 步骤二：如图2（a）中所示，当电路匹配时，QS=QL。依下列公式计算出QS ,QL： 步骤三：判别RS RL（如图2（a）所示）或RS RL （如图2（b）所示）。 (1) RS RL : RS RL : 步骤四：若RS RL，如图2（c）,(d)中所示，选择 LS-CP低通式或CS-LP高通式电路。根据下列公式计算出电路所需电感及电容值： (a) LS-CP低通式 : (b) CS- LP高通式: 步骤五：若RS RL，如图2（e）( f ) 中所示，选择 CP- LS低通式或LP- CS高通式电路。按下列公式计算出电路所需电感及电容值： 图 2(e) Cp- Ls低通式L型 图2(f) Lp - Cs高通式L型 CP- LS低通式: LP- CS高通式 : T型匹配电路（T-type Matching Network）（以RS RL为例） 步骤一：决定工作频率fc、负载Q值、输入阻抗RS及输出阻抗RL。并求 出Rsmall = MIN( RS，RL ). 步骤二：依图2-3(a)中所示及下列公式计算出XS1、XP1、XP2及XS2 。 步骤三：根据电路选用元件的不同，可有四种形式 。如图 2-3(b)(c)(d)(e) 所示。其中电感及电容值之求法，如下所列： （b） (c) (d) (e) （C）П形匹配电路（П-type Matching Network）（以RSRL为例） 步骤一：决定工作频率fc、负载Q值、输入阻抗RS及输出阻抗RL。并求 出RH = MAX ( RS , RL ). 步骤二：根据图2-4(a)中所示及下列公式计算出XP2、XS2、XP1及 XS1： 步骤三：依据电路选用元件的不同，可有四种形式。如图2-4(b)(c)(d)(e)所示。其中电感及电容值的求法如下所列： 五、实例分析 （一）设计一个工作中心频率400MHz，频宽40MHz的50-75Ω的T型阻抗变换器。(RS=50Ω, RL=75Ω) 解： 步骤一：决定工作频率fc=400 MHz、负载Q值=400/40=10、输入阻抗