微波技术 1章_阻抗匹配

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1、§1.8传输线的阻抗匹配一、阻抗匹配概念1、信号源与传输线的匹配共轭匹配（即功率匹配）阻抗匹配使微波电路或系统无反射、以行波或尽量接近行波状态的技术措施。阻抗匹配网络是设计微波电路和系统时采用最多的电路单元。在微波领域中，阻抗匹配是一个非常重要的概念。其作用体现在下列几方面：提高传输效率，保证功率容量保持传输线工作的稳定性减少微波测量系统的系统误差保证元器件设计的质量指标阻抗匹配一般包含两方面：一个是信号源与传输线间的匹配，另一个是负载与传输线间的匹配指在传输线的任一截面上，输入阻抗Zin与源阻抗Zg互成共轭值：Zin＝Zg*在满

2、足以上共轭匹配条件后，信号源输出功率最大如果在某个参考面满足共轭匹配条件，则在其他参考面也能满足共轭匹配条件阻抗匹配概念2、负载与传输线的匹配②信号源的阻抗匹配电源内阻抗Zg与传输线的特性阻抗Zc匹配，即Zg=Zc时，电源输出的能量在电源输出平面就不会产生反射，而全部送入传输线。如果传输线终端负载也匹配的话，则电源输出的全部能量被负载所吸收。如果负载不匹配，则有反射波回来，但不在电源输出平面产生新的反射，这样的电源称为匹配电源。如果电源和负载与传输线特性阻抗均不匹配，线上将会产生多次来回反射。为了避免这种情况发生，而又保证信号源匹

3、配或接近匹配，通常在信号源后面加装一个隔离器或吸收似的衰减器。隔离器为单向器件，它吸收反射波，消除或减弱负载不匹配对电源的影响。当传输线的特性阻抗与负载阻抗相等时，即Zc＝Zg，传输线与负载实现了匹配。此时线上载行波，参量Γ＝0，ρ＝1，κ＝1，这时负载吸收全部入射波功率。当传输线与匹配信号源及匹配负载相连时，有Zc＝Zg＝Zl，因此一定有Zin＝Zg*，负载能从信号源中吸收最大功率。通常在共轭匹配时，线上有驻波，即存在反射，这说明无反射的功率传输状态并不一定代表负载吸收最大功率的状态。反之负载吸收最大功率时，也并不一定是线上无反

4、射的行波状态。在通常情况下，信号源输出与传输线之间在设计时已考虑了匹配条件，如前已述及的加装单向器件等实现匹配，因此在实用中主要考虑的是解决负载阻抗的问题。以下所介绍的就是实现负载阻抗的方法。传输线的阻抗匹配阻抗匹配器二、阻抗匹配器1、λ/4阻抗匹配器解决负载阻抗匹配的问题，主要就是要消除因负载阻抗引起的反射波。通常需要在传输线与负载之间加入一匹配网络，使其产生一个新的反射波，与负载阻抗引起反射波幅度相等、相位相反，两者相互抵消。匹配网络全部由电抗元件构成。通常的匹配器有λ/4阻抗匹配器和支节匹配器，支节匹配器又有单支节，双支节及

5、三支节三种常用。下面分述其原理。λ/4阻抗匹配器是匹配器中较简单而又实用的一种，它利用了传输线理论中阻抗的λ/4变换特性。若负载阻抗为纯电阻负载Rl，与传输线特性阻抗Zc不匹配，这时可在与主线之间接入一段长度为λ/4特性阻抗为Zc‘的传输线段,使得输入参考面AA’位置的输入阻抗与主传输线的特性阻抗相等，即ZAA’=Zc，这样来实现匹配。由阻抗的λ/4变换特性知道，只要接入线段的特性阻抗Zc’满足下列条件即可：此时AA’输入面阻抗即实现了匹配。ZcRLZc’λ/4AA’传输线的阻抗匹配若负载阻抗不是纯电阻负载，也可以用λ/4阻抗匹配

6、器来匹配，因为在传输线驻波波腹和波节处的输入阻抗是实数，分别为ρZc和kZc。在这些位置插入λ/4阻抗匹配器同样可以实现匹配。kZcρZcZLZcLNLMZcρZcZLZcZc’λ/4AA’在波腹插入LNZckZcZLZc’λ/4AA’在波节插入ZcLM若在驻波波腹位置（右图中LN参考面）插入λ/4阻抗匹配器，因为波腹处输入阻抗为ρZc所以要求匹配器的特性阻抗Zc’为若在驻波波节位置（右图中LM参考面）插入λ/4阻抗匹配器，因为波腹处输入阻抗为kZc。所以要求匹配器的特性阻抗Zc’为此时AA’面输入阻抗即实现了匹配。此时AA’面输

7、入阻抗ZAA’=Zc，也能实现匹配传输线的阻抗匹配阻抗匹配器SingleStubMatching由匹配原理可总结匹配步骤如下：①对给定负载阻抗进行阻抗归一化，找到其在圆图上相应的阻抗点后，旋转1800，得到归一化负载导纳值。②以负载导纳为起点，顺时针旋转得到与G＝1等G圆的交点S与T，负载导纳点至ST点的电长度值LS与LT也可从圆图读出。③在距负载LS或与LT处并联提供－jB或jB的支节，支节的长度lS或lT应用求短路线输入导纳的方法可以求得。2、单支节匹配器单支节匹配器又叫短截线匹配器。它是在主传输线上并联一个分支线（终端短路线

8、或开路线），使在匹配器所在处向负载看过去的输入导纳正好等于特性导纳，从而实现了负载阻抗匹配。.00.01.02.03.04.05.06.07.08.09.10.11.12.13.49.48.47.46.45.44.43.42.41.40.39.38