第1章 均匀传输线理论.ppt

第 1章 均匀传输线理论 1.1 均匀传输线方程及其解 1.2 传输线阻抗与状态参量 1.3 无耗传输线的状态分析 1.4 传输线的传输功率、 效率和损耗 1.5 阻抗匹配 1.6 同轴线的特性阻抗 图1-9 无耗传输线信源的共扼匹配 要使负载得到的功率最大, 首先要求  Xin=-Xg (1- 5- 3)  此时负载得到的功率为  P= 可见当 =0时P取最大值, 此时应满足  Rg=Rin (1- 5- 5) 综合式（1- 5- 3）和（1- 5- 5）得  Zin=Z*g 因此, 对于不匹配电源, 当负载阻抗折合到电源参考面上的输入阻抗为电源内阻抗的共轭值时, 即当Zin=Z*g时, 负载能得到最大功率值。通常将这种匹配称为共轭匹配。 此时， 负载得到的最大功率为  Pmax= |Eg|2 (1- 5- 7) 2. 阻抗匹配的方法 对一个由信源、传输线和负载阻抗组成的传输系统(如图 1- 9（a）所示), 希望信号源在输出最大功率的同时，负载全部吸收, 以实现高效稳定的传输。因此一方面应用阻抗匹配器使信源输出端达到共轭匹配, 另一方面应用阻抗匹配器使负载与传输线特性阻抗相匹配, 如图 1- 10 所示。 图 1- 10 传输线阻抗匹配方法示意图 由于信源端一般用隔离器或去耦衰减器以实现信源端匹配, 因此我们着重讨论负载匹配的方法。 阻抗匹配方法从频率上划分有窄带匹配和宽带匹配，从实现手段上划分有串联λ/4阻抗变换器法、支节调配器法。下面就来分别讨论两种阻抗匹配方法。  1) λ/4阻抗变换器法 当负载阻抗为纯电阻Rl且其值与传输线特性阻抗Z0不相等时, 可在两者之间加接一节长度为λ/4、 特性阻抗为Z01的传输线来实现负载和传输线间的匹配, 如图 1- 11（a）所示。  图 1- 11 λ/4阻抗变换器 由无耗传输线输入阻抗公式得  因此当传输线的特性阻抗Z01= 时, 输入端的输入阻抗Zin=Z0, 从而实现了负载和传输线间的阻抗匹配。由于传输线的特性阻抗为实数, 所以λ/4阻抗变换器只适合于匹配电阻性负载; 若负载是复阻抗, 则需先在负载与变换器之间加一段传输线, 使变换器的终端为纯电阻, 然后用λ/4阻抗变换器实现负载匹配, 如图 1- 11（b）所示。 由于λ/4阻抗变换器的长度取决于波长, 因此严格说它只能在中心频率点才能匹配, 当频偏时匹配特性变差, 所以说该匹配法是窄带的。  2) 支节调配器法 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（又称支节）构成的。可分为单支节调配器、 双支节调配器及多支节调配器。下面我们仅分析单支节调配器, 关于多支节调配的方法本书不作介绍。 （1） 串联单支节调配器 设传输线和调配支节的特性阻抗均为Z0, 负载阻抗为Zl, 长度为l2的串联单支节调配器串联于离主传输线负载距离l1处, 如图 1- 12 所示。设终端反射系数为|Γl|ejφl, 传输线的工作波长为λ, 驻波系数为ρ, 由无耗传输线状态分析可知, 离负载第一个电压波腹点位置及该点阻抗分别为 图 1- 12 串联单支节调配器 lmax1= 令l1′=l1-lmax1, 并设参考面AA′处输入阻抗为Zin1, 则有 终端短路的串联支节输入阻抗为 Zin2=jZ0 tan(βl2) (1- 5- 11) 则总的输入阻抗为 Zin=Zin1+Zin2=R1+ jX1+jZ0tan 要使其与传输线特性阻抗匹配, 应有  R1=Z0 X1+Z0 tan(βl2)=0 (1- 5- 13) 经推导可得(取其中一组解) 其中, Zl′由式（1- 5- 9）决定。式(1- 5- 14a)还可写成  其中, λ为工作波长。 而AA′距实际负载的位置l1为