微波技术 1讲_阻抗匹配.ppt

§1.8 传输线的阻抗匹配 阻抗匹配概念 阻抗匹配器 Single Stub Matching Double Stub Matching §1.9 传输线的损耗  单元测试题 1、传输线上共有几种工作状态？简述每种状态的主要特点。 2、圆图中每一点都有确定的物理意义，总结圆图中每一点的物理意义。 3、在负载阻抗匹配技术中，通常采用了几种匹配器？任选一种叙述其匹配原理。 * * 一、阻抗匹配概念 1、信号源与传输线的匹配 共轭匹配（即功率匹配） 阻抗匹配使微波电路或系统无反射、以行波或尽量接近行波状态的技术措施。 阻抗匹配网络是设计微波电路和系统时采用最多的电路单元。 在微波领域中，阻抗匹配是一个非常重要的概念。 其作用体现在下列几方面： 提高传输效率，保证功率容量 保持传输线工作的稳定性 减少微波测量系统的系统误差 保证元器件设计的质量指标 阻抗匹配一般包含两方面：一个是信号源与传输线间的匹配， 另一个是负载与传输线间的匹配 指在传输线的任一截面上，输入阻抗Zin与源阻抗Zg互成共轭值：Zin＝Zg* 在满足以上共轭匹配条件后，信号源输出功率最大 如果在某个参考面满足共轭匹配条件，则在其他参考面也能满足共轭匹配条件 2、负载与传输线的匹配 ②信号源的阻抗匹配 电源内阻抗Zg与传输线的特性阻抗Zc匹配，即Zg=Zc时，电源输出的能量 在电源输出平面就不会产生反射，而全部送入传输线。如果传输线终端负载 也匹配的话，则电源输出的全部能量被负载所吸收。如果负载不匹配，则有 反射波回来，但不在电源输出平面产生新的反射，这样的电源称为匹配电源。 如果电源和负载与传输线特性阻抗均不匹配，线上将会产生多次来回反射。 为了避免这种情况发生，而又保证信号源匹配或接近匹配，通常在信号源后 面加装一个隔离器或吸收似的衰减器。隔离器为单向器件，它吸收反射波， 消除或减弱负载不匹配对电源的影响。 当传输线的特性阻抗与负载阻抗相等时，即Zc＝Zg，传输线与负载实现了匹配。 此时线上载行波，参量Γ＝0，ρ＝1，κ＝1，这时负载吸收全部入射波功率。当 传输线与匹配信号源及匹配负载相连时，有 Zc＝Zg＝Zl ，因此一定有Zin＝Zg*， 负载能从信号源中吸收最大功率。 通常在共轭匹配时，线上有驻波，即存在反射，这说明无反射的功率传输状态 并不一定代表负载吸收最大功率的状态。反之负载吸收最大功率时，也并不一定 是线上无反射的行波状态。 在通常情况下，信号源输出与传输线之间在设计时已考虑了匹配条件，如前已 述及的加装单向器件等实现匹配，因此在实用中主要考虑的是解决负载阻抗的问 题。以下所介绍的就是实现负载阻抗的方法。 传输线的阻抗匹配 二、阻抗匹配器 1、λ/ 4 阻抗匹配器 解决负载阻抗匹配的问题，主要就是要消除因负载阻抗引起的反射波。通常需 要在传输线与负载之间加入一匹配网络，使其产生一个新的反射波，与负载阻抗 引起反射波幅度相等、相位相反，两者相互抵消。匹配网络全部由电抗元件构成。 通常的匹配器有λ/ 4阻抗匹配器和支节匹配器，支节匹配器又有单支节，双支 节及三支节三种常用。下面分述其原理。 λ/ 4阻抗匹配器是匹配器中较简单而又实用的一种，它利用了传输线理论中阻 抗的 λ/ 4变换特性。 若负载阻抗为纯电阻负载Rl，与传输线特性阻抗Zc不匹配，这时可在与主线之 间接入一段长度为λ/ 4特性阻抗为Zc‘的传输线段,使得输入参考面AA’位置的输入 阻抗与主传输线的特性阻抗相等，即ZAA’=Zc，这样来实现匹配。 由阻抗的 λ/ 4变换特性知道，只要接入线段的特性阻抗Zc’满足下列条件即可： 此时AA’输入面阻抗 即实现了匹配。 Zc RL Zc’ λ/ 4 A A’ 传输线的阻抗匹配 若负载阻抗不是纯电阻负载，也可以用λ/ 4阻抗匹配器来匹配，因为在传输线 驻波波腹和波节处的输入阻抗是实数，分别为ρZc和kZc。在这些位置插入λ/ 4 阻抗匹配器同样可以实现匹配。 kZc ρZc ZL Zc LN LM Zc ρZc ZL Zc Zc’ λ/ 4 A A’ 在波腹插入 LN Zc kZc ZL Zc’ λ/ 4 A A’ 在波节插入 Zc LM 若在驻波