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TOPIC 5 主要内容 匹配的基本概念 品质因数 匹配网络的基本结构 集总参数元件匹配网络的设计 方程计算法 Smith圆图法 匹配概念 Matching Theory1 Matching Theory2 Matching Theory3 射频/微波电路的阻抗匹配也是交流电路阻抗匹配问题。 在频率更高的情况下，分析问题的方法有其特殊性。 射频/微波电路中通常使用反射系数描述阻抗,用波的概念来描述信号大小。 需要用反射系数来分析最大功率传输条件即阻抗匹配状态 射频/微波电路的匹配问题 Matching Theory4 ：Quality Factor Matching Theory4 ：Quality Factor Matching Theory4 ：Quality Factor 网络的带宽可以用Q值来确定 匹配网络的频率响应可由等效的低通、高通或带通滤波器求出 由等效滤波器求Q值进而确定网络的带宽的方法比较复杂 为了方便地估计匹配网络的带宽，引入节点品质因数Qn，其定义为 Matching Theory4 ：Quality Factor 对任何L型匹配网络有载品质因数QL可用下式来估计： QL=Qn/2 更复杂匹配网络的有载品质因数的计算，常简化为用节点品质因数的最大值来估计。 尽管这种方法没有给出网络带宽的定量估计，但它使我们对网络带宽有了定性的了解，并可以具此判断匹配网络带宽的宽窄。 节点Q值与Smith圆图 为了进一步简化匹配网络的设计工作，我们可以在Smith圆图中画出等Qn 线。 由Smith圆图的基本式： 分开实、虚部，得： 分子分母同乘以分母的共轭，则有： 节点Q值与Smith圆图 节点Q值与Smith圆图 在Smith圆图中标出等 Qn 圆，如右图所示。 有了等 Qn 圆，我们只需读出Qn ，然后除以2，就可以得到L形网络的有载品质因素。 实例参见例题8.4 （P283） 阻抗转换器的设计原理 若负载阻抗不满足匹配条件，需要在负载和信号源之间加一个阻抗转换网络，将负载阻抗变换为信号源阻抗的共轭，实现匹配。 阻抗转换器的设计方法依使用元件及工作频率高低，大致可以分为: 集总参数元件型（Lumped Device Type） 此型电路是利用电感及电容来设计。 传输线型（Transmission Line Type） 集总参数元件匹配电路 匹配网络可以是窄带或宽带网络 窄带网络具有滤波功能，滤波性能取决于Q值 集总参数元件匹配网络依据工作频宽的大小，基本上可以分为以下几种网络拓扑结构： L型、T型和Π型 具体设计方法有 方程计算法 Smith圆图法 方程计算法相对较为复杂，但具体的电路结构选择有一定的规律可循。以下将按照输入阻抗和输出阻抗均为纯电阻的情况讨论。 L型匹配网络 组成 两个不同性质的电抗元件构成 特性 窄带网络，具有滤波功能（Q） 拓扑 Matching Network Design1 Matching Network Design2 L型匹配电路的设计步骤 确定参数 确定工作频率fc、输入阻抗Rs及输出阻抗RL。 这三个基本参数由设计任务给出。 选择L型匹配电路拓扑结构 判别Rs＜RL或Rs＞RL，选择合适的拓扑结构。 根据共轭匹配条件，计算出Q值和串、并电抗 根据选用的元件确定电容和电感的具体值 L型匹配网络设计实例 设计一個工作中心频率400MHz的25-50Ω的L型阻抗转换器。（RS= 50Ω，RL = 25Ω） 解： f=400MHz， RS = 50Ω，RL = 25Ω RSRL, Q＝1, XS= RL/Q=25Ω, XP=QRS=50Ω 根据如下拓扑计算，L＝XS/2πf=9.95nH, C=1/2πfXP=7.96pF L型匹配网络总结 L型匹配网络的具体拓扑结构存在匹配禁区 所以要根据源和负载电阻的大小选择拓扑 当源和负载电阻确定后，L匹配网络支路的Q值也就确定 L型匹配网络的总有载品质因素 QL=Qn/2 3dB带宽BW≈f0/QL 为了克服以上缺陷，可以通过增加匹配网络的元件来解决 T型和Π型 T型匹配网络的设计 T型匹配网络电路结构 ?型匹配网络的设计 П型匹配网络电路结构 设计实例 设计实例 设计实例 输入输出不为纯电阻的情况 已知信号源内阻RS=12Ω，并串有寄生电感LS=1.2nH。负载电阻RL=58Ω，并带有并联的寄生电容CL=1.8pF，工作频率为f=1.5GHz。设计L匹配网络，使信号源和负载达到共轭匹配。 解： Smith圆图法 方程计算法比较复杂，特别是对T型和?型匹配网络，计算容易出错； 匹配效果不直观，只有通过实验验证； Smith圆图用来求输入阻抗很方便，将之用于匹配网络的设计：