[工学]射频电路理论与技术-lectrue

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1、射频电路理论与技术主讲人：唐万春教授1微带线阻抗变换器两段特性阻抗不同的传输线如果直接相连接，则在连接处会产生反射。为消除反射可在连接处插入一个阻抗变换器以达到匹配。阻抗变换器也是一种调配器，它是一种不可调的固定调配器。阻抗变换器一般由一段或几段特性阻抗不同的传输线所构成，设计中要解决的问题是如何正确选择参量，使之能在给定的频带内达到所要求的匹配程度。在微带电路中，最常应用的变阻器有以下几种形式：（1）渐变线。在两个不同阻抗之间，传输线的特性阻抗逐渐由一个阻抗值变为另一阻抗值，使连接区的反射系数控制在允许范围之内。应用较广的渐变线为指

2、数线。2（2）l/4变阻器。在微波技术中已得到广泛应用，在微带电路中也如此。宽频带变阻必须和滤波器一样，采用多节变阻器。为了用最紧凑的结构获得优良的性能，也采取了综合设计法。（3）短节变阻器。由L，C集总参数变阻电路变换而来，其主要特点是每节的长度很短，只有l/32或l/16。取同样的变阻器总长，其特性较l/4多节变阻器有所改善。由于其结构紧凑，用于微波集成电路比较理想。一、四分之一波长变换器四分之一波长变换器对于匹配实数负载阻抗到传输线，是简单而有用的电路，它还有这样的特点：能够以有规律的方式应用于有较宽带宽的多节变换器的设计。若只

3、需要窄带匹配，则单节变换器可以满足需要，而多节四分之一波长变换器的设计可在所希望的频带上同时达到最佳匹配特性。3四分之一波长变换器的缺点是，它只能匹配实数负载阻抗。但是通过在负载和变换器之间加一段合适长度的传输线，或者一个合适的串联或并联电抗性短截线，复数负载阻抗总能转换成实数阻抗。图2.50单节四分之一匹配变换器。单节四分之一波长匹配变换器的电路如图2.50所示。匹配段的特性阻抗是（2.75）在设计频率f0处，匹配段的电长度是l0/4，但是在其他频率下电长度是不同的，所以不再被完全匹配。现在推导失配与频率的近似表达式。4向匹配端看去

4、的输入阻抗是（2.76）式中，在设计频率f0处，于是反射系数为（2.77）（2.78）5反射系数值是（2.79）现在，若我们假定频率接近设计频率f0，则（2.80）式（2.79）简化为q接近于p/2这个结果给出了四分之一波长变换器在接近设计频率处的近似失配性。6若我们将最大可容忍的反射系数的幅值设置为Gm，则可定义匹配变换器的带宽为（2.81）因为式（2.79）的响应是关于q=p/2对称的，且在G=Gm和q=qm处有q=p–qm。为了得出反射系数的精确表示式，我们可以从式（2.79）解出：（2.82）或7假定采用的是TEM传输线，则所

5、以，在q=qm处，带宽低端的频率是由式（2.82）可得到相对带宽为（2.83）8相对带宽通常表示为百分数100Df/f0%。注意，当ZL接近Z0时（小失配负载），变换器的带宽增加了。上面的结果只对TEM传输线严格有效。当用非TEM传输线（诸如波导）时，传播常数不再是频率的线性函数，而且波阻抗也与频率有关。这些因素使得非TEM传输线的一般特性复杂了。在上面的分析中，忽略的另一因素是，当传输线的尺寸有阶跃变化时，与该不连续性相联系的电抗的影响。这通常可对匹配长度做小的调整来补偿该电抗的影响。9Themultiplereflectionvi

6、ewpointG=totalreflectioncoefficient;G1=partialreflectioncoefficientofawaveincidentonaloadZ1,fromtheZ0line;G2=partialreflectioncoefficientofawaveincidentonaloadZ0,fromtheZ1line;G3=partialreflectioncoefficientofawaveincidentonaloadRL,fromtheZ1line;T1=partialtransmissionco

7、efficientofawavefromtheZ0lineintotheZ1line;T2=partialtransmissioncoefficientofawavefromtheZ1lineintotheZ0line;10ThesecoefficientscanthenbeexpressedasThetotalreflectioncoefficientcanbeexpressedas11SinceandThetotalreflectioncoefficientisthenThenumeratorofthisexpressioncan

8、besimplifiedas12Thisanalysisshowsthatthematchingpropertyofthequarter-wavetransformercomesaboutbyproperlyselect