射频技术-阻抗变换与匹配

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1、阻抗变换与阻抗匹配一、重要工具－SMITH图阻抗归一阅读：射频电路设计第三章、和第八章8.1－8.2节。等电阻圆等电抗圆阻抗的表达二、L形集总元件匹配网络形式**《射频电路设计》p271已知源阻抗ZS＝（50+j25)Ω,负载阻抗ZL＝（25－j50)Ω,传输线的特征阻抗50Ω,工作频率2GHz。设计一L形匹配网络。解：1.归一化源和负载阻抗（或导纳）分别为：2.画等电阻圆和等电导圆3.四个交点（记为ABCD）分别为共有四条移动路径：4.计算电抗值：以为例：从ZS移动到A，要并联电纳值为-j0.6,在2GHz处等价电

2、感值为再从A移动到ZL*，要串联电导值为j0.4,在2GHz处等价电感值为四条移动路径对应四种电路形式：例：利用SMITH图阻抗匹配一般程序**《射频电路设计》p271源和负载阻抗归一化在Smith图上作过源阻抗的等电阻圆和等电导圆在Smith图上作过负载的共轭阻抗的等电阻圆和等电导圆找出上述圆的交点，并从源阻抗先移动到交点，再移动到负载的共轭阻抗。根据移动过程求电感和电容的归一化值，并得到电路形式。四条移动路径对应四种电路及参数如下：三、单短截线匹配电路(a)并联短截线(b)串联短截线基本电路形式基本思路：负载经一

3、段长为d的传输线，阻抗变换到实部为特征阻抗，再并（或串）一共轭电抗，抵消虚部，则在端口与特征阻抗完全匹配。例**《微波工程》p196将负载阻抗ZL＝60-j80Ω用单短截线并联匹配电路匹配到50Ω特征阻抗上。解1.阻抗归一化：见图。2.求YL沿等驻波比圆（等反射系数圆）和等阻抗圆(?)的交点，见图上y1、y2。并由图读出相应电纳和移动电长度。3.求并联短截线长度由上述值知，对于y1应当并联电纳为-j1.47的短截线。对于y2应当并联电纳为j1.47的短截线。假设选择终端短路形短截线，则从短路点（y=∞）沿外沿向着信号

4、源方向移动到-j1.47，相应移动的长度同理，移动到j1.47时移动的长度3.频率依赖性以2GHz为中心频率*串联短截线的实例可参考《微波工程》p199-201.例**《射频电路设计》p291将负载阻抗ZL＝60-j45Ω用单短截线并联匹配电路变换到Zin＝75+j90Ω,微带线特征阻抗选择75Ω.解1.阻抗归一化：2.求YL沿等电导圆和Zin的等反射系数圆的交点，见图上A、B，并由图读出相应阻抗导纳。3.计算各段微带线长度I)首先并联一短截线。并联电纳为假设选择终端开路形短截线，则从开路点（y=∞）沿外沿移动到j0

5、.45（或Z＝－j2.222)，相应移动的长度II)由A到B的微带线长度直接从圆图外圆上A、B的差值读出。若选择先从ZL移动到A，再移动到Zin的移动路径。*双短截线匹配网络《射频电路设计》p2941.电路形式其中，l1、l2、l3通常取λ/8或3λ/8.而ls1、ls2要通过计算求解。l1取λ/8，l2、l3取3λ/8，从50+j50Ω匹配到50Ω的过程。四、四分之一波长变换器λ／4形式匹配段阻抗要求简单而有用；窄带电路；只能匹配实数负载；反射系数可利用多次反射理论或加载微带的阻抗变化公式计算反射系数。例如：10－

6、50Ω匹配,驻波比<1.5(S11<-14dB)时相对带宽29%.五、多节匹配变换器形式假定所有支节阻抗单调变化，则根据小反射理论，总是能通过恰当地选择反射系数，并用足够多的节数来综合作为频率函数的反射系数响应。二项式多节匹配变换器**《微波工程》p211重要的设计公式常数可容忍的最大反射系数相对带宽二项式变换器设计表格通常最终目标是实现低反射宽带匹配，首先试选择阶数N，计算常数A，并由容忍的最大反射系数计算带宽是否满足要求。如不能，则增加阶数重作上述步骤。例计算三节二项式变换器，匹配50Ω的负载到100Ω传输线。计

7、算Гm=0.05时带宽。解：如果上述指标满足要求，查表（N＝3,ZL／Z0＝2,注意取50Ω为特征阻抗）得Z1Z2Z31.0971.41421.8337利用工具计算微带线宽度和长度：z0z1z2z3z4Ω5054.8570.7191.69100W(mm)1.861.590.960.520.40L(mm)20.7721.2321.69基片：FR4，介电常数：4.4，厚度：1mm，金属厚度0.038mm。中心频率2GHz。验证模型：切比雪夫多节匹配变换器理想最平坦和切比雪夫多节匹配变换器的特性五、渐变线指数渐变线阻抗变化

8、特性反射特性三角渐变线阻抗变化特性反射特性Klopfenstein渐变线阻抗变化特性通带内最大波纹渐变线对比课堂作业设计四分之一波长微带阻抗变换器，在1GHz附近实现50Ω和10Ω微带的阻抗变换。其中微带线设计选择为在0.5mm厚的介质基片Rogers5880上的微带线，传播常数为28.65弧度/米@1GHz（这里假设不同阻抗的微带有同样的传播