微波技术基础7 阻抗匹配课件.ppt

阻抗匹配的重要性：使微波传输系统能将波源的功率有效地传给负载；关系到系统的传输效率、功率容量与工作稳定性；关系到微波元器件的性能以及微波测量的系统误差和测量精度。 阻抗匹配的分类： 无反射匹配 共轭匹配,阻抗匹配,传输线的电路理论,1,t课件,无反射匹配 负载匹配负载与传输线之间的匹配； 匹配条件： 匹配后传输线状态：负载经匹配后不产生波的反射， 传输线上呈行波状态。 波源匹配波源与传输线之间的匹配； 匹配条件： 匹配后传输线状态：波源经匹配后对传输线不产生波 的反射。 实际情况：负载不匹配而产生反射波，但波源匹配将 不产生二次反射。,传输线的电路理论阻抗匹配,2,t课件,共轭匹配 特点：负载吸收最大功率的匹配。 匹配条件：传输线上任一参考面T向负载看去的输入 阻抗与向波源看去的输入阻抗互为共轭，即 如图： T处向负载看去： 向波源看去：,传输线的电路理论阻抗匹配,3,t课件,根据电路理论，图中 吸收最大功率的条件为:即： 两者的电阻应相等，电抗的数值相等，而性质相反。,传输线的电路理论阻抗匹配,4,t课件,匹配下的负载吸收功率情况负载吸收功率可表示为：无反射匹配情况可见负载吸收的功率为源输出功率的一半，而另一半消耗在内阻 上。,传输线的电路理论阻抗匹配,5,t课件,共轭匹配情况 可见 （等号仅在传输线无耗， 和 为实数，即 成立) 注意：共轭匹配时，线上可能存在反射波，反射系数 不为零，但经多次反射后，负载所得到的功率比无反 射匹配负载时还要大。,传输线的电路理论阻抗匹配,6,t课件,负载失配，产生“频率”、“功率”牵引，导致工作不稳定。 实际工程上的匹配是指在某一给定频率范围内，反射系数或驻波系数小于某规定值。,负载匹配的其它优点,传输线的功率容量最大传输线的效率最高微波源工作较稳定,传输线的电路理论阻抗匹配,7,t课件,匹配网络的要求：简单、易行、可靠；附加损耗小；频带宽；可调节,用以匹配可变的负载阻抗（仅用于测量系统）。,阻抗匹配的方法,传输线的电路理论阻抗匹配,8,t课件,阻抗变换器 置于特性阻抗不同的均匀传输线之间或传输系统与负载之间起阻抗匹配作用。,常用的匹配方法,传输线的电路理论阻抗匹配,情形 I,情形 II,9,t课件,对于该图所示的结构，容易推导要使T处由于无耗传输线的特性阻抗是实数，因此， 阻抗变换器原则上只用于匹配纯电阻负载，即 ，所以,传输线的电路理论阻抗匹配,10,t课件,阻抗匹配时，则若负载值为复数，仍可使用 阻抗变换器，只需将接入点选在电压波节或电压波腹处。 通常选在电压波节处接入为宜，可使变换器的特性阻抗小于主传输线的特性阻抗。,传输线的电路理论阻抗匹配,11,t课件,阻抗变换器带宽,传输线的电路理论阻抗匹配,相对带宽 5.5%,相对带宽 15.6%,特性阻抗 Z0=50欧姆,12,t课件,阻抗变换器带宽,传输线的电路理论阻抗匹配,特性阻抗 Z0=50欧姆,负载阻抗越接近特性阻抗,匹配效果越好,13,t课件,阻抗匹配器属于点频匹配，即使考虑一定的反射容限，相对带宽也较窄,特别是在阻抗变换比较大的情况下。多节 阻抗变换器，可获得更宽的工作频带两节 阻抗变换器由两节不同特性阻抗的传输线段级联而成。,传输线的电路理论阻抗匹配,14,t课件,在最佳频响特性下，两节变换器的特性阻抗分别为:其中：称为变换比。,传输线的电路理论阻抗匹配,15,t课件,课后设计作业: 请用matlab计算并讨论带宽问题, 特性阻抗50欧姆,负载阻抗800欧姆,分别用单支节和双支节四分之一波长阻抗变换器给出计算结果并比较带宽(驻波1.2),中心频率可以任意选定。,(可以3个同学为1组(自愿组合),参加讨论,用图形曲线表示并打印,给出结论. 本周5交),传输线的电路理论阻抗匹配,16,t课件,单支节匹配器是在距离负载d处并联或串联长度为L的终端短路或开路的短截线构成。调节d和L就可以实现阻抗调配，从而达到阻抗匹配目的。,单支节匹配器,串联支节,并联支节,传输线的电路理论阻抗匹配,17,t课件,设计并联单支节匹配器的任务在于确定负载到参考面的距离d和支节长度L。可采用解析法或图解法来计算。,并联单支节匹配器,传输线的电路理论阻抗匹配,18,t课件,该方法计算较为复杂，可根据负载的具体情况，分两类讨论：第一种情况： 为纯阻负载，即支节接入位置：支节长度：,解析法,传输线的电路理论阻抗匹配,19,t课件,第二种情况： 为复数思路：先计算出波节的位置 ，接入点处的输入导纳值便为实数。最后可算出：,传输线的电路理论阻抗匹配,20,t课件,求解较为简单，可分为两个步骤。1. 找出负载归一化导纳值在导纳圆图中的对应点M 作等反射系数圆交 的匹配圆与A、B 读出点M顺时转至A、B的长度 、 读出A、B处得导纳值 、,图解法,21,t课件,2.在 处并联一个短路支节：由导纳圆图中的短路点C 顺时转至 点D C、D间的距离即为支节归一化电长度。在 处并联一个短路支节：由导纳圆图中的短路点C 顺时转至 点 C点与该点的距离即为支节归一化电长度。,22,t课件,用图解法计算：串联单支节与计算并联单支节完全类似，但这时应在阻抗圆图上进行。 用解析法计算：采用并联支节相似的分析（此时用阻抗而不用导纳），可得串联支节接入位置 串联支节长度为,串联单支节匹配器,传输线的电路理论阻抗匹配,23,t课件,优点：匹配不同负载时，只需调节支节长度L，无需调节d;三支节匹配器克服了双支节匹配区存在“匹配禁区”的缺点。,双支节匹配器与三支节匹配器,传输线的电路理论阻抗匹配,24,t课件,线与 支节联合匹配器,工作原理：当工作频率为中心频率时，支节不起作用，匹配器等效为阻抗变换器。当频率偏离中心频率时，阻抗变换器引起的反射由支节产生的反射来抵消，从而使频带增宽。,传输线的电路理论阻抗匹配,25,t课件,当 阻抗匹配器节数增加时，两节之间阻抗变换就较小；当节数无限多的极限情况下，就变成了连续的渐变传输线。可实现较宽频带内的匹配。,渐变传输线匹配器,传输线的电路理论阻抗匹配,26,t课件,此反射系数对渐变线输入端总反射系数的贡献为,于是,传输线的电路理论阻抗匹配,27,t课件,例如,当z=L时,因此,（R为阻抗变换比）,传输线的电路理论阻抗匹配,最后可得,28,t课件,设计指数线匹配器的一般步骤是： 先根据上式，通过给定的中心频率和带宽要求选定过渡段长度L； 由两端的阻抗求变换比R，从而得指数线特性阻抗变化规律,根据传输线的类型，按特性阻抗公式算出横截面尺寸的变化规律。,29,t课件,作业,5.23，5.30，5.31,30,t课件,