《微波技术与天线》第1.5-1.7节报告.ppt

1.5 阻抗匹配 (1) 负载阻抗匹配：负载阻抗等于传输线的特性阻抗。 此时传输线上只有从信源到负载的入射波，而无反射波。 (2) 源阻抗匹配：电源的内阻等于传输线的特性阻抗。 对匹配源来说，它给传输线的入射功率是不随负载变化的，负载有 反射时，反射回来的反射波被电源吸收。 (3)共轭阻抗匹配：设信源电压为Eg, 信源内阻抗Zg=Rg+jXg, 传输线的 特性阻抗为Z0, 总长为l, 终端负载为Zl (2) 支节调配法(stub tuning) 支节调配器是由距离负载的某固定位置上的并联或串联终端短路或开路的传输线（称之为支节）构成的。可分为单支节(single-stub)调配器、双支节(double-stub)调配器及多支节(multiple-stub)调配器。 （a）串联单支节调配器 (b) 并联单支节调配器 (c)多支节调配(multiple-stub tuning) 单支节匹配的主要缺点是它仅能实现在点频上匹配，要展宽频带，可采用多支节结构来实现。 1.6 史密斯圆图及其应用 2. 阻抗圆（impedance circles) 3.阻抗圆图 结论：阻抗圆图上的重要点、线、面 结论 在阻抗圆图的上半圆内的电抗为x0呈感性；下半圆内的电抗为x0呈容性； 实轴上的点代表纯电阻点，左半轴上的点为电压波节点，其上的刻度既代表rmin ，又代表行波系数K，右半轴上的点为电压波腹点，其上的刻度既代表rmax ，又代表驻波比?； 圆图旋转一周为?/2； ???=1的圆周上的点代表纯电抗点； 实轴左端点为短路点，右端点为开路点；中心点处有r=1、x=0，是匹配点； 在传输线上由负载向电源方向移动时，在圆图上应顺时针旋转；反之，由电源向负载方向移动时，应逆时针旋转。 4.导纳圆图 有时为了分析问题方便，需要用到导纳圆图。 实际上由无耗传输线的??4的阻抗变换特性，将整个阻抗圆图旋转180?即得到导纳圆图。 阻抗圆图变为导纳圆图并不需要对圆图作任何修正，且保留了圆图上的所有已标注好的数字。 由于阻抗与导纳是倒数的关系。 导纳圆图上的重要点、线、面 [例1-6]已知传输线的特性阻抗Z0=50?。假设传输线的负载阻抗为Zl=25+j25? ，求离负载z=0.2?处的等效阻抗。 [例1-7]在特性阻抗Z0=50?的无耗传输线上测得驻波比?=5，电压最小点出现在z=?/3 处，求负载阻抗。 [例1-8]设一负载阻抗为Zl=100+j50?接入特性阻抗为Z0=50?的传输线上。要用支节调配法实现负载与传输线匹配，试用Smith圆图求支节的长度及离负载的距离。 1.7 同轴线的特性阻抗 1. 同轴线的分类 硬同轴线是由圆柱形铜棒作内导体，同心的铜管作外导体，内外导体间用介质支撑，这种同轴线也称为同轴波导。 软同轴线的内导体一般采用多股铜丝，外导体是铜丝网，在内外导体间用介质填充，外导体网外有一层橡胶保护壳，这种同轴线又称为同轴电缆。 2. 同轴线的特性阻抗 同轴线的内外导体的半径分别为a和b，在内外导体间用介电常数为?介质填充，其单位长分布电容和单位长分布电感分别为： 3. 同轴线的传输功率 设同轴线的外导体接地，内导体上传输电压为U(z)，取传播方向为+z，传播常数为?，则线上电压为： (1)耐压最高时的阻抗特性 设外导体接地，内导体接上电压为Um ，则内导体表面的电场为 限制传输功率的因素也是内导体的表面电场，因此 我们只考虑导体损耗的情形。 其特性阻抗为 线上电流为 传输功率为 同轴线外半径b不变时，改变内半径a，分别达到耐压最高、传输功率最大及衰减最小三种状态。 上式中的U0为击穿电压时，计算所得功率即为功率容量。 令 可得 x=2.72 此时同轴线的特性阻抗为： 当同轴线中填充空气时，相应于耐压最大时的特性阻抗为60? 为达到耐压最大，设取介质的极限击穿电场，即， 令 可得 x=1.65 此时同轴线的特性阻抗为： 当同轴线中填充空气时，相应于传输功率最大时的特性阻抗为30? (2) 传输功率最大时的特性阻抗 设R为同轴线单位长电阻，而导体的表面电阻为Rs，两者之间的关系为： 导体衰减常数为 由 可得x=3.59 此时同轴线的特性阻抗为： 当同轴线中填充空气时，相应于衰减最小时的特性阻抗为76.7? (3) 衰减最小时的特性阻抗 * 阻抗匹配具有三种不同的含义，分别是负载阻抗匹配、源阻抗匹配和共轭阻抗匹配。 本节内容 三种匹配 阻抗匹配的方法与实现 入射波 反射波 Z0 Zl Zg 1. 三种匹配(impedance matching) 因而得到 Zin=Zg* 时， 匹配器1 匹配器2 负载阻抗匹配Zl=Z0 信号源阻抗匹配Zg=Z0 共轭阻