射频微波电路导论 课件(西电版)第3章.ppt

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1、第三章匹配理论阻抗匹配的基本思想在传输线与负载之间加入无耗匹配网络，通常设计成从匹配网络看进去的阻抗为Z0阻抗匹配的重要性体现在三个方面当负载和传输线匹配的时候（假设信号源是匹配的），可传输最大功率，并且在馈线上损耗最低对阻抗匹配灵敏的接收机部件（如天线，低噪声放大器等）可以改进系统的信噪比，提高频率响应的线性度在功率分配网络中（如天线阵馈电网络），阻抗匹配可以降低振幅和相位误差实际的阻抗匹配网络中需要考虑的因素复杂性带宽实现形式可调性3.1基本的阻抗匹配理论直流情况下的阻抗匹配输出功率为令则所以K＝1即R

2、L＝RS时PO有最大值负载电阻的取值与输出功率的关系3.2共轭匹配源和负载失配源和负载都不匹配的情况下，会在传输线上发生多次反射避开无穷级数的分析方法，采用阻抗变换方法分析源和负载都适配的情况下的传输线输入端阻抗线上的电压可以写为在源端其中由两个电压相等把输入阻抗的表达式代入上式，可得其中求得传输线上在源和负载都适配情况下的入射电压即可得到传输线上任意点的电压和电流传输给负载的功率令分三种情况来考虑负载阻抗的情况1负载与传输线匹配传输到负载的功率2源与带负载的传输线匹配传输到负载上的功率总的反射系数但是不一

3、定为零，传输线上可能有一驻波3共轭匹配思路：假定Zg固定不变，改变输入阻抗Zin直到传向负载最大功率，得到Zin通过线上阻抗变换就可以求得相应的负载阻抗Zl为了使P最大，对Zin的实部和虚部求偏导或或（a）（b）联立(a),(b)两式，可得共轭匹配的条件或得到得最大传输功率在共轭匹配的情况下，和都可能不为零，也即在传输线上有反射波，但是传送到负载的功率有可能要大于传输线上无起伏（无反射）时的传输功率？原因：失配线上多次反射的功率可能同相叠加的结果如果源阻抗实数(Xg＝0),则Rin＝Rg,Xin＝Xg＝0时

4、，负载上得到最大传输功率，这就和第二种负载情况时一致可以得到：当源阻抗为实数时，带负载的传输线与源阻抗匹配的时候，传送到负载上的功率最大共轭匹配的另一种理解方式3.3串联与并联元件在圆图中的表示R与L元件的并联R与L并联输入阻抗在导纳圆图中的表示R与C元件的并联R与C并联输入阻抗在导纳圆图中的表示R与L元件的串联R与L串联输入阻抗在阻抗圆图中的表示R与C元件的串联R与C串联输入阻抗在阻抗圆图中的表示T型网络CL近似基极－发射极的结电容，RL近似基极－发射极的电阻晶体管输入阻抗通过T型网络匹配到50欧的过程3

5、.4L型匹配网络射频工程设计主要目标：1满足系统要求2成本最低、可靠性最好双元件网络即L型网络就是满足工程设计要求的最简单可行的匹配网络，采用两个电抗性元件（电感或者电容）把负载阻抗变换到需要的输入阻抗L型网络的八种形式由电感和电容构成的8种不同形式的L型匹配网络复数负载连接单一电抗元件(电感或电容)的效果电抗元件与复数阻抗串联将导致Smith圆图上的相应阻抗点沿等电阻圆移动并联将导致相应导纳点沿等电导圆移动串并联单一电抗元件在Smith圆图中的效果连接电感参考点向Smith圆图上半平面移动连接电容参考点向

6、Smith圆图下半平面移动采用L型匹配网络实现最佳功率传输的设计步骤求出归一化源阻抗和负载阻抗在Smith圆图中过源阻抗相对应的点画出等电阻圆和等电导圆在Smith圆图中过负载阻抗的共额复数相对应的点画出等电阻圆和等电导圆找出步骤2和3所画圆的交点，交点的数目就是可能存在的L型匹配网路的数目5先沿相应的圆将源阻抗移动到上述交点，然后再沿相应的圆移动到负载的共轭点，求出电感或者电容的归一化值6根据工作频率去定电感或者电容的实际值例如：源阻抗Zs=(50+j25)欧，负载阻抗Zl=(25-j50)欧，传输线特征

7、阻抗50欧，工作频率2GHz，利用Smith圆图设计分立双元件匹配网络，给出所有可能的电路结构1归一化负载阻抗和源阻抗是zs＝Zs/Z0=1+j0.5或者ys＝0.8-j0.4zl＝Zl/Z0=0.5-j1或者yl＝3+j0.8选择从源到负载方向来设计匹配网络。通过归一化源阻抗点画等电阻圆和等电导圆通过归一化负载阻抗点的共轭复数点画等电阻圆和等电导圆过源阻抗点和负载共轭复数点的等电阻圆和等电导圆四个圆有A,B,C,C四个交点zA=0.5+j0.6,yA=0.8-j1zB=0.5-j0.6,yB=0.8+j1

8、zC=1-j1.2,yC=3+j0.5zD=1+j1.2,yD=3-j0.5有4个交点，所以有4种可能的L型匹配网络并联电感，串联电感并联电容，串联电感串联电容，并联电感串联电感，并联电感6根据前面步骤得到的结论得到器件的实际值。选择经过A点的匹配路径求实际值四种可能的匹配网络对于阻抗匹配可以从源开始向负载端匹配，也可以从负载端开始向源方向匹配阻抗匹配的方向以上述例子为例，从负载端开始向源端匹配，即从负载阻抗25