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微波技术基础第18次课
微波技术基础;5.11 阻抗匹配
5.11.1 阻抗匹配的思想
阻抗匹配的重要性:
使微波传输系统能将波源的功率有效地传给负载;
关系到系统的传输效率、功率容量与工作稳定性;
关系到微波元器件的性能以及微波测量的系统误差和
测量精度。
阻抗匹配的分类:
无反射匹配;
共轭匹配。 ;无反射匹配
负载匹配—负载与传输线之间的匹配;
匹配条件:
匹配后传输线状态:负载经匹配后不产生波的反射,
传输线上呈行波状态。
波源匹配—波源与传输线之间的匹配;
匹配条件:
匹配后传输线状态:波源经匹配后对传输线不产生波
的反射。
实际情况:负载不匹配而产生反射波,但波源匹配将
不产生二次反射。 ;共轭匹配
定义:负载吸收最大功率的匹配。
匹配条件:传输线上任一参考面T向负载看去的输入
阻抗与向波源看去的输入阻抗互为共轭,即
如图:
T处向负载看去:
向波源看去:;根据电路理论,图中 吸收最大功率的条件为:
即:
两者的电阻应相等,电抗的数值相等,而性质相反。 ;匹配下的负载吸收功率情况
负载吸收功率可表示为:
无反射匹配情况
可见负载吸收的功率为源输出功率的一半,而另一半消
耗在内阻 上。 ;共轭匹配情况
可见
(等号仅在传输线无耗, 和 为实数),即
成立
注意:共轭匹配时,线上可能存在反射波,反射系数不为零,但经多次反射后,负载所得到的功率比无反射匹配负载时还要大。;负载匹配的其他优点
传输线的功率容量最大,失配时传输大功率易导致击穿;
传输线的效率最高,馈线中的功率损耗最小;
微波源工作较稳定。
输入阻抗等于传输线特性阻抗,稍有改变时,输入
阻抗不变 ,微波源的频率和输出功率不会被牵引。
实际工程上的匹配是指在某一给定频率范围内,反
射系数或驻波系数小于规定值。 ;5.11.2 阻抗匹配的方法
当信号源和负载与传输线不匹配时??可以在它们之间插
入阻抗变换元件或二端口网络,使包括此元件或网络在
内的新负载与传输线匹配。如图所示:
匹配网络的要求:
①简单、易行、可靠;②附加损耗小;③频带宽;
④可调节以匹配可变的负载阻抗(仅用于测量系统)。 ;常用的匹配方法
阻抗变换器
置于特性阻抗不同的均匀传输线之间或传输系统与负载
之间起阻抗匹配作用。如图所示: ;对于该图所示的结构,容易推导要使T处
由于无耗传输线的特性阻抗是实数,因此, 阻抗变
换器原则上只用于匹配纯电阻负载,即 ,所以
;对于上图所示的情况,要实现阻抗匹配,则
若负载值为复数,仍可使用 阻抗变换器,只需将接
入点选在电压波节或电压波腹处。
通常选在电压波节处接入为宜,可使变换器的特性阻抗
小于主传输线的特性阻抗。
; 阻抗匹配器属于点频匹配,即使考虑一定的反射容
限,相对带宽也较窄。
多节 阻抗变换器,可获得更宽的工作频带,下图的
两节 阻抗变换器由两节不同特性阻抗的传输线段级
联而成。 ;在最佳频响特性下,两节变换器的特性阻抗分别为:
其中:
称为变换比。; 单支节匹配器
单支节匹配器是在距离负载d处并联或串联长度为L的终端
短路或开路的短截线构成。调节d和L就可以实现阻抗调配,
从而达到阻抗匹配目的。结构如图所示:
并联支节 串联支节;基本思路:
①通过长度为d的传输线,将负载为Zl变化为输入阻抗Zin=Z0±jX;
②选取长度为l,终端开路或短路的并联或串联分支传输线,是其输入电钠为 jX;
→③分支节处的输入为Z0,即匹配。
方便起见传输线的特性阻抗均为Z0,负载阻抗Zl事先给定,调配参数为d和l;并联单支节匹配器
设计并联单支节匹配器的任务在于确定负载到参考面的
距离d和支节长度L。可采用解析法或图解法来计算。
;解析法的思路:
负载阻抗为 经长度为d传输线变换后的输入阻抗为;解析法(并联支节)
该方法较为复杂,可根据负载的具体情况,分两类讨论:
第一种情况: 为纯阻负载,即
支节接入位置:
支节长度: ;第
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