第2讲-匹配理论及匹配网络

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1、第3章匹配理论3.1基本阻抗匹配理论3.2射频/微波匹配原理3.3集总参数匹配电路3.4微带线型匹配电路13.1基本阻抗匹配理论从直流电压源驱动负载入手:基本电路如图3-1（a）所示,Ｕs为信号源电压,Rs为信号源内阻,RL为负载电阻。任何形式的电路都可以等效为这个简单形式。我们的目标是使信号源的功率尽可能多的送入负载RL,也就是说,使信号源的输出功率尽可能的大。图3-1(a)基本电路2这个简单电路中的关系为：可见,信号源的输出功率取决于Us、Rs和RL。在信号源给定的情况下,输出功率取决于负载电阻与

2、信号源内阻之比k。输出功率表达式可以直观地用图3-1(b)表示。由图可知,当RL=Rs时可获得最大输出功率,此时为阻抗匹配状态。无论负载电阻大于还是小于信号源内阻,都不可能使负载获得最大功率,且两个电阻值偏差越大,输出功率越小。对于纯电阻电路,此结论同样适用于低频和高频电路。图3-1(b)输出功率与阻抗比例k的关系3当交流电路中含有容性或感性阻抗时，需对阻抗匹配概念进行推广。负载阻抗与信号源阻抗共轭时,实现功率的最大传输,称作共轭匹配或广义阻抗匹配。任何一种交流电路都可以等效为图3-2所示电路结构。如

3、果负载阻抗不满足共轭匹配条件,就要在负载和信号源之间加一个阻抗变换网络,将负载阻抗变换为信号源阻抗的共轭,实现阻抗匹配。图3-2广义阻抗匹配4在低频电路中，一般不考虑传输线的匹配问题，只考虑信号源跟负载之间的情况，因为低频信号的波长相对于传输线来说很长，反射可以不考虑。在高频电路中，必须考虑反射的问题，当信号的频率很高时，则信号的波长很短，当波长短得跟传输线长度可以比拟时，反射信号叠加在原信号上将会改变原信号的形状。如果传输线的特征阻抗跟负载阻抗不匹配时，在负载端就会产生反射。53.2射频/微波匹配原

4、理射频/微波电路的阻抗匹配也是交流电路阻抗匹配问题在频率更高的情况下,分析问题的方法有其特殊性射频/微波电路中通常使用反射系数描述阻抗,用波的概念来描述信号大小。为了获得最大功率传递,必须同时满足ZL=Z*G（3-2）ＺG=Ｚ0（3-3）图3-3射频/微波电路的匹配问题式（3-2）是熟知的共轭阻抗匹配条件；式（3-3）表示信号发生器将全部功率提供给传输线的条件。6朝着信号发生器方向反射波总和为b1=bGΓ1［1+Γ1ΓG+(Γ1ΓG)2+…］（3-4）寻求等效负载与信号源的匹配条件：图3-4信号发生器

5、端口的反射波因为Γ1=b1/a1,上式变为a1=bG+b1ΓG（3-5）提供给负载的功率为PL=

6、a1

7、2-

8、b1

9、2=

10、a1

11、2(1-

12、Γ1

13、2)（3-6）将式（3-5）代入式（3-6）,则提供给负载的功率可写成为了得到最大功率传输,必须满足Γ1=Γ*G73.3集总参数匹配电路3.3.1L型匹配电路1.输入阻抗和输出阻抗均为纯电阻确定工作频率fc、输入阻抗Rs及输出阻抗RL。将构成匹配电路的两个元件分别与输入阻抗Rs和输出阻抗RL结合。8串、并联阻抗变换令XS=XLP，电抗抵消（两电抗在工作频率处并

14、联谐振）RLP=RSL网络串联支路电抗与并联支路电抗必须异性质实部相等虚部相等9串、并联阻抗变换令XS=XLP，电抗抵消（两电抗在工作频率处串联谐振）RLP=RS综上可知：10图3-5L型匹配电路的两种形式L型匹配电路(Rs＜RL)(b)L型匹配电路（Rs＞RL）判别Rs＜RL或Rs＞RL(1)Rs＜RL,如图（a）Xs=QsRs(2)Rs＞RL,如图（b）XL=QLRL11问题：QS,QL怎样求？若Rs＜RL,选择Ls-Cp低通式或Cs-Lp高通式电路。(1)Ls-Cp低通式(2)Cs-Lp高通式(

15、3-13)(3-14)图3-6Rs

16、寄生电感LS=1.2nH。负载电阻为RL=58Ω，并带有并联的寄生电容CL=1.8pF，工作频率为f=1.5GHz。设计L匹配网络，使信号源与负载达共轭匹配。RL>RS并联支路电抗：串联支路电抗：L网络的结构实际L网络的电感实际L网络的电容阻抗变换153.设计L形匹配网络的解析方法已知晶体管在2GHz频率点的输出阻抗是ZT=(150+j75)Ω。请设计一个如图所示的L形匹配网络，使输入阻抗为ZA=(75+j15)Ω的天线能够得到最大功率。发射机ZTZAZ