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1、微波传输线匹配理论实验十四匹配理论实验一匹配理论(MatchingTheory)一、实验目的1.了解基本的阻抗匹配理论及阻抗变换器的设计方法。2.利用实验模组实际测量以了解匹配电路的特性。3.学会使用软件进行相关电路的设计和仿真，分析结果。二、预习内容1．熟悉微波课程有关阻抗匹配的理论知识。2．熟悉微波课程有关阻抗变换器的理论知识。三、实验设备四、理论分析（一）基本阻抗匹配理论：如图2-1（a）所示：输入信号经过传输以后，其输出功率与输入功率之间存在以下关系，信号的输出功率直接决定于输入阻抗与输出阻抗之比。Pout?I?RL?222VS(RS?RL)
2、Pin?VS2?RLRL?k?RS?Pout?k(1?k)2RS?Pin图14-1(a):输出输入功率关系图输出功率与阻抗比例的关系图见图14－1（b）。81微波通信综合实验功率，此时为阻抗匹配状态。RL=RS时可获得最大输出图2-1(b):输出功率与阻抗比例关系图推而广之，如图2－1（c）所示，当输入阻抗ZS与负载阻抗ZL间成为ZS=ZL*的关系时，满足广义阻抗匹配的条件。所以，阻抗匹配电路也可以称为阻抗变换器（ImpedanceTransformer）。当ZL=ZS*,即是[匹配](Matched)图14-1(c):广义[阻抗匹配]关系图（二）阻
3、抗交换器的设计原理：阻抗交换器的设计方法，根据使用元件及工作频率高低，大致可分为无源元件型（LumpedDeviceType）和传输线型（TransmissionLineType）两种。Ⅰ.无源元件型此种电路是利用电感及电容来设计。根据工作频宽的大小，基本上可分为L形（L-Network）、T形（T-Network）及П(П-Network)等三种。（A）L形匹配电路（L-typeMatchingNetwork）步骤一：决定工作频率fc、输入阻抗RS及输出阻抗RL。图14-2(a)L型匹配电路（Rs<RL）步骤二：如图14－2（a）中所示，当电
4、路匹配时，QS=QL。依下列公式计算出QS,QL：82QS=Xs/RsLLL实验十四匹配理论QS?QL?RLRS?1步骤三：判别RS<RL（如图14－2（a）所示）或RS>RL（如图14－2（b）所示）。图14-2(b)L型匹配电路(1)RS<RL:XS?QS?RS(2)RS>RL:XS?RSQS,XL?QL?RL,XL?RLQL步骤四：若RS<RL，如图2－2（c）,(d)中所示，选择LS-CP低通式或CS-LP高通式电路。根据下列公式计算出电路所需电感及电容值：图14-2(c)Ls-Cp低通式L型图14-2(d)Cs
5、-Lp高通式L型(a)LS-CP低通式:LS?XS2?fC,CP?12?fC?XL(b)CS-LP高通式:83微波通信综合实验CS?12?fC?XS,LP?XL2?fC步骤五：若RS>RL，如图14－2（e）(f)中所示，选择CP-LS低通式或LP-CS高通式电路。按下列公式计算出电路所需电感及电容值：图14-2(e)Cp-Ls低通式L型14-2(f)Lp-Cs高通式L型(a)CP-LS低通式:CP?12?fC?XS,LS?XL2?fC(b)LP-CS高通式:LP?XS2?fC,CS?12?fC?XL（B）T型匹配电路（T-typeMatchi
6、ngNetwork）（以RS<RL为例）步骤一：决定工作频率fc、负载Q值、输入阻抗RS及输出阻抗RL。并求出Rsmall=MIN(RS，RL).步骤二：依图2-3(a)中所示及下列公式计算出XS1、XP1、XP2及XS2。图14-3(a)T型匹配电路84实验十四匹配理论R?Rsmall?(Q?1)2,XS1?Q?RS,XP1?RQQ2?RRL?1,XP2?RQ2,XS2?Q2?RL步骤三：根据电路选用元件的不同，可有四种形式。如图2-3(b)(c)(d)(e)所示。其中电感及电容值之求法，如下所列：L?X2?fC,C?12?fC?X（b）(c
7、)(d)(e)（C）П形匹配电路（П-typeMatchingNetwork）（以RS<RL为例）步骤一：决定工作频率fc、负载Q值、输入阻抗RS及输出阻抗RL。并求出RH=MAX(RS,RL).步骤二：根据图2-4(a)中所示及下列公式计算出XP2、XS2、XP1及XS1：R?RHQ2图14-4(a)?型匹配电路?1,XP2?RLQ,XS2?Q?RQ1?RSR?1,XP1?RSQ1,XS1?Q1?R85微波通信综合实验步骤三：依据电路选用元件的不同，可有四种形式。如图2-4(b)(c)(d)(e)所示。其中电感及电容值的求法如下所列：L?X2
8、?fC,C?12?fC?X五、硬件测量（实验模组）1、测量MOD:Π型阻抗转换器的S11及S21测量以了解Π
