1、一、阻抗匹配的概念二、阻抗匹配的重要性三、阻抗匹配的方法,1.6 阻抗匹配,一、阻抗匹配的概念,匹配是微波传输系统中的一个很重要的概念,不同于低频电路，对于一个由信号源、传输线和负载三个部分组成的微波传输系统，为了将信号源的功率和信息能高效率、不失真地传送到负载，必须考虑阻抗匹配的问题,考虑：均匀无耗线,= Zin,阻抗匹配通常包含两个方面的含义：一方面， 如何才能使负载从信号源得到最大的功率，另一方面，如何才能消除传输线上的反射波,三种阻抗匹配 （对应传输线上三种不同的状态）,Zg,Eg,ZL,Z0,三种阻抗匹配状态,负载阻抗匹配 ZLZ0 “行波匹配” 传输线上只有从信号源到负载的入射波而
2、无反射波，,源阻抗匹配 ZgZ0 传输线和信号源是匹配的， 这种信号源称为“匹配源”，即使负载阻抗不匹配，负载的反射波也将被匹配源所吸收，始端不再产生新的反射,源共轭匹配 ZinZg*信号源输出功率最大 (证明),= Zin,上述三种匹配都涉及到各种阻抗之间的关系，因此统称为阻抗匹配 使微波电路或系统无反射、使系统处于行波或尽量接近行波状态的技术措施,A,A,一、阻抗匹配的概念,ZinZg*时，信号源输出功率最大,设给定信号源的内阻抗为Zg，电压为Eg，等效负载Zin。则负载得到的功率为,Eg,Zg,= ZinRinjXin,A,A,给定Eg、Zg，当XgXin0时， 上式分母最小，对应功率最
3、大,要使负载得到最大功率，必须使 ZinRinjXinRg-jXgZg*,由可得RinRg时，输出功率最大,匹配负载可以从匹配源输出功率中吸收最大功率；,传输线功率容量最大。 阻抗失配时传输大功率信号易导致击穿；信号源可能被破坏。,二、阻抗匹配的重要性,信号源共轭匹配时，信号源可以输出最大功率,行波状态时信号源工作稳定避免频率牵引和输出功率变化匹配源的输出功率是固定不变的,尽量使传输系统处于或接近行波状态是很必要的,传输线中的功率损耗最小、传输效率最高；,为实现匹配一般在信号源和终端负载处分别加始端和终端匹配装置,（一）信号源端的阻抗匹配 一般采用去耦衰减器或隔离器以实现信号源端匹配（吸收反射
4、波）前者使被信号源再反射的二次反射波由于两次通过衰减器，已微不足道。但也会消耗输往负载的入射功率，不适合大功率微波源。 后者是一个非互易器件，只允许入射波通过而吸收掉反射波，即保证了功率的有效传输，又可消除信号源的内反射，构成匹配源,阻抗匹配：ZLZ0、ZgZ0、 ZinZ0*只有当ZgZLZC都为纯电阻时，才能同时实现匹配。 但Zg和Zl一般为复阻抗，无耗传输线Z0为纯阻抗，很难同时满足匹配,三、阻抗匹配的方法,传输线,始端 匹配 装置,终端 匹配 装置,Eg,Zg,ZC,ZL,Zing,三、阻抗匹配的方法,本节着重讨论负载阻抗匹配的方法。,从频率上划分: 窄带匹配 宽带匹配,从实现手段上划
5、分： /4阻抗变换器法 支节调配法利用并联/串联电抗性元件进行匹配 其他,（二） 终端负载的阻抗匹配方法一方面应正确设计负载元件使其阻抗尽量接近传输线的特性阻抗另一方面在传输线与负载之间加入匹配元件，使匹配装置输入端 ZinZ0。使从阻抗变换器的输入端开始向信号源的传输线上无反射波,传输线,始端 匹配 装置,终端 匹配 装置,Eg,Zg,ZC,ZL,Zin =,要求：简单易行；频带宽； 匹配器可调，以适应不同负载； 本身不能有功率损耗或附加损耗小，应由电抗元件构成；,三、阻抗匹配的方法,(一)/4阻抗变换器法,原理：利用/4传输线的阻抗变化作用,(1) 负载阻抗 ZLRL Z0 为纯电阻时,Z
6、in = =,Z0,ZL,为实现匹配，使ZinZ0由：,在终端与主传输线（特性阻抗为Z0 ）之间串联一段长为/4/特性阻抗为Z01的传输线,Z0、Z01应为实数，ZL应为实阻抗，？ZL为复阻抗怎么办,三、阻抗匹配的方法(一)/4阻抗变换器法,(2) 负载阻抗 ZLRL+jXL为复阻抗时,法1：将/4线接于主传输线中的电压波节点或波腹点处,法2：将/4线仍接在终端，但在终端再并联长为l的短路线等,Zin = =,Z0,ZL,若仍利用/4线进行阻抗匹配，则需先变换为实阻抗。, 电压波节点或波腹点处,Zin=Z0/或ZinZ0为纯电阻,Zin = =,Z0,ZL,确定长度l：使特性阻抗为Z02，长度
7、为l的短路线的阻抗来抵消负载中的电抗 部分，使终端等效负载为纯电阻性的,(3) 只能调配一个频率点，属于窄带阻抗匹配欲扩展工作频宽，可采用多级/4阻抗调配器,Z0,三、阻抗匹配的方法（一）/4阻抗变换器法， 例题1,例1： 传输线 Z075，终端接负载ZL(150j300) 用/4变换器进行匹配，求：接入位置d及传输线Z01,解：利用圆图 (1) 归一化负载阻抗 zL=ZL/Z0=2+j4对应A点，电长度为：0.218,Zin = =,ZC,ZC,(2) 找波腹点B或波节点C可读得11,(3) 求所接/4传输线的Z01,A,B,C,(4) 求接入位置d波腹处：dman(0.25-0.218)=
8、0.032波节处：dmin(0.50-0.218)=0.282,0.218,实际应用中应选择两组解中易实现的一组,三、阻抗匹配的方法（一）/4阻抗变换器法， 例题1,利用公式计算,因为 （n=0,1,2,）处为波腹点 先出现波腹点为 先出现波节点为,三、阻抗匹配的方法 (二)利用并联电抗性元件进行匹配的支节调配器,支节调配器法：在主传输线上某位置并联或串联长度可调的 短路线（或开路线）进行阻抗调配的方法。,l,支节调配器：是由距离负载的某位置上的并联或串联终端短路或开路的传输线（又称支节）构成的。支节数可以是一条、两条、三条或更多。 讨论 (1)单支节调配器、(2)双支节调配器、(3)三支节调
9、配器。,它是通过附加反射来抵消传输线上原存在的反射波达到匹配的目的。 常用并联电抗性元件的方法。,螺钉,支节调配器的具体结构形式 因传输线的类型和结构不同而异双导线或同轴线：可用一长度可调、终端短路的双导线或同轴线波导：可用的膜片、销钉、螺钉等等,三、阻抗匹配的方法并联支节调配器法,三、阻抗匹配的方法并联支节调配器法 (1) 单支节调配器,在主传输线上距负载d处，并联一长度为l的短路（或开路）支节,A,B,工作原理 在距离负载d（d/2）处的线上总可以找到归一化导纳为y1=1+jb1的点； （由此可确定d） 在该处并联一个归一化电纳y2=-jb1 （由此可确定l） 可实现与主传输线的匹配，y=
10、y1+y2=0,d，l 可调节,Z=50,Zl=25+j75,三、阻抗匹配的方法并联支节调配器法(1) 单株线调配器,串联短路线与并联短路线的计算方法完全，只是计算应当在阻抗圆图上进行理论上：若d在/2范围内可变化，B2可在间任意调节则可对任何有耗负载进行调配 缺点： 窄频带匹配，当工作频率变化时，d和l都需重新调节 负载不同，d和l都需要改变。调节d，意味着并联短接线要在传输线上移动。若接触不良会使损耗增大，在大功率情况下还会引起跳火， 在同轴线和波导等结构中，也不方便实现移动若固定d，只调节l，一般情况下不可能完全匹配，这时需要再接一个长度可调节的支节以弥补可调量不够的缺陷。 因此一般采用在传输线上位置固定的双支节调配器和三支节调配器,三、阻抗匹配的方法并联支节调配器法 (2) 双支节调配器,距负载两个固定的位置处各并联一个短路线（或开路线）支节,d1,固定d1和d2，d2一般取/8,/4或3/8，但不能选/2否则相当于一个固定位置的单支节调节l 1，l2,d2,l2,l1,d1,jB1,A,B,jB2,d2,B,A,四、小结,阻抗匹配的概念 源共轭阻抗匹配 源阻抗匹配 负载阻抗匹配 阻抗匹配的重要性 负载阻抗匹配的方法 /4阻抗变换器法 支节调配法串联、并联电抗元件,
