李爱凤《微波技术精品教学》第1章5.pptVIP

1.5 阻抗匹配 1) 负载阻抗匹配 负载阻抗匹配是负载阻抗等于传输线的特性阻抗的情形, 此时传输线上只有从信源到负载的入射波, 而无反射波。 1. 传输线的三种匹配状态 2) 源阻抗匹配 电源的内阻等于传输线的特性阻抗时, 电源和传输线是匹配的, 这种电源称之为匹配源。负载有反射时, 反射回来的反射波被电源吸收。 信源电压为Eg, 信源内阻抗Zg=Rg+jXg, 传输线的特性阻抗为Z0, 3) 共轭阻抗匹配 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 时, 负载能得到最大功率值。通常将这种匹配称为共轭匹配。负载得到的最大功率为 对一个由信源、传输线和负载阻抗组成的传输系统(如图 1-11（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。 一方面应用阻抗匹配器使信源输出端达到共轭匹配, 一方面应用阻抗匹配器使负载与传输线特性阻抗相匹配 　2. 阻抗匹配的方法 图 1-12 传输线阻抗匹配方法示意图 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。  Lll 由无耗传输线输入阻抗公式得 (1- 5- 8) 因此当传输线的特性阻抗 　　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; Lllll 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。 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者开路的传输线构成的。 （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- 14 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 1-14 串联单支节调配器 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 则总的输入阻抗为 Zin2=jZ0 tan(βl2) 要使其与传输线特性阻抗匹配, 应有  　 R1=Z0 X1+Z0 tan(βl2) = 0 　 经推导可得(取其中一组解) 另一组解： 其中, λ为工作波长。 而AA′距实际负载的位置l1为 l1=l1′+ lmax1 　［例 1-5］设无耗传输线的特性阻抗为50 Ω, 工作频率为300MHz, 终端接有负载Zl=25+j75(Ω), 试求串联短路匹配支节离负载的距离l1及短路支节的长度l2。  解: 由工作频率f=300MHz, 得工作波长λ =1m。 　　终端反射系数  驻波系数 第一波腹点位置 调配支节位置 调配支节的长度 另一组解： （2） 并联调配器 设传输线和调配支节的特性导纳均为Y0, 负载导纳为Yl, 长度为l2的单支节调配器并联于离主传输线负载l1处, 如图1-15所示。 设终端反射系数为|Γl|e jφl, 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节点位置及该点导纳分别为 图 1- 15 并联单支节调配器 令 , 并设参考面AA′处的输入导纳为Yin1, 则有 终端短路的并联支节输入导纳为 则总的输入导纳为 G1=Y0 B1 tan(βl2)-Y0=0 由此可得其中一组解为 要使其与传输线特性导纳匹配, 应有 而AA′距实际负载的位置l1为  l1=l 1′+lmin1